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サルの研究が示す再生医療の実現性と問題点

今年度、日本国内でヒトでiPS細胞による再生医療を実施するということもあり、この分野に非常に注目が集まっています。iPS細胞による再生医療を実施するにあたって問題になるのはガン化と免疫系の拒絶反応です。以前からマウスの実験でガン化や拒絶反応が見られたと主張する人と見られなかったと主張する人がおり、議論がされていました。

今回、生理学的によりヒトに近いアカゲザルを用いてiPS細胞を誘導し、元の個体に移植するという実験が行われました。結果を簡単に言うと、未分化なiPS細胞をそのまま移植するとテラトーマ(腫瘍の一種。通常の腫瘍と異なり、様々な細胞腫の腫瘍が混ざっていて、分化万能性を持っていることを示している)を形成しました。サルのような大型動物でテラトーマを形成させたのは初めてだそうです。しかし、この時に炎症反応を伴いました。一方で、iPS細胞からmesodermal stromal cell(中胚葉の幹細胞)を誘導してから移植すると、テラトーマのような腫瘍を形成することなく骨を形成しました。分化誘導させた場合はテラトーマの時のような強い炎症反応もなかったようです(ただし、筆者は拒絶反応がおきる可能性を完全に否定できなく、一般化できないことからあまり強く主張していない)。

今回の実験からわかった重要なポイントは分化した細胞であれば、腫瘍を形成したり、拒絶反応は起きにくいこと。ただし、実際に再生医療を行う場合、分化した細胞と未分化な細胞が混ざっている状態から未分化なiPS細胞を全て取り除かなければならない。この方法が確立しなければならないが、今のところないというのが問題点。ヒトでの初のiPS細胞による再生医療実験は目で行われ、免疫系の拒絶反応は起きにくいところではありますが、拒絶反応はさほど心配しなくてよいと思います。ただ、今後の再生医療の進展を占う重要な実験になるので、万全を期する必要はあります。

元の論文
Path to the Clinic: Assessment of iPSC-Based Cell Therapies In Vivo in a Nonhuman Primate Model

テーマ:雑学・情報 - ジャンル:学問・文化・芸術

電磁波が渡り鳥を迷わせる?

身の回りには様々な電化製品があります。これらは電磁ノイズを出しています。今のところ、身の回りにある電化製品によって健康などに影響がでたという報告はありません。

しかし、今回初めて生物に影響を与えることが分かりました。ヨーロッパコマドリは渡り鳥の一種で、他の渡り鳥同様、季節の変わり目に自分の飛ぶべき方向を地球の磁場を元に知ります。この磁場を感知するコンパスのようなものがあるのですが、都会にある電磁ノイズのために使えなくなるそうです。都会にある大学のキャンパスで、木でできた巣で飼うと、自分の飛ぶべき方向が分からなくなったそうです。(この鳥はかごの中に入れていても、飛び立つべき季節になると飛び立とうとします。)次に、巣をアルミで覆い、電磁ノイズが入らないようにするとちゃんと飛び立てるようになりました。さらに、ナローバンドのノイズだと影響ないのに、ブロードバンドのノイズを与えると方向が分からなくなることも分かりました。

今回が初めて電磁波が生物に影響を与えているという報告です。別に渡り鳥はノイズがあるところではコンパスを使わなくなっていたというだけで、健康状態等に影響が出ているわけではありません。飛び立つときも最初は方向が分からなくても、少し離れればちゃんとコンパスを使い、ちゃんと行くべき方向へ行くそうです。電磁波のせいで渡り鳥が絶滅に追いやられるなんて自体にはならないと思います。ご安心を。

元の論文
Anthropogenic electromagnetic noise disrupts magnetic compass orientation in a migratory bird

テーマ:雑学・情報 - ジャンル:学問・文化・芸術

放射線障害治療薬が開発される

情報元
Drug Could Protect Against Radiation Exposure

残念なことではありますが、日本は原爆と福島第一原発のために世界有数の被爆国です。ご存知の通り、大量の放射線に被曝すると血液系をはじめとして腸などの腹部に影響が出てき吐き気等を引き起こし、重度の場合死亡します。しかし、体に影響がでるほど被曝した場合、これといった治療法がありません。

これまで、HIF1とHIF2というタンパク質はストレスを受けた際の整腸作用にかかわるタンパク質として知られていました。今回、これが放射線による腸の影響を沈める作用があるのではということで始めました。まずHIF1とHIF2を制御するPHDをノックアウトすると、HIF1とHIF2の発現が高くなり、致死量の放射線を浴びても70%のマウスが生き残ることができました。次にこれと同じ状態を薬で再現しようと、PHDタンパク質を阻害するdimethyloxalylglycine (DMOG)という化合物を合成しました。これを投与すると、ノックアウト同様、マウスが致死量の放射線を浴びても約3分の2のマウスが生き残れるようになりました。しかも、放射線を浴びて24hたった後に投与しても効果がありました。残念ながら腫瘍形成を防ぐことはできませんでしたが、腸を回復させるのを助ける作用はありました。

今回の発見はまだマウスでの実験ですので人での作用は不明です。しかし、放射線を浴びた後に投与しても効果があったということで、予期せず浴びてしまった場合の対処法となるでしょう。もちろん浴びないことが一番ですが。

元の論文
PHD Inhibition Mitigates and Protects Against Radiation-Induced Gastrointestinal Toxicity via HIF2

メタボが遺伝するメカニズムが少しだけ判明

2型糖尿病や肥満は遺伝するのに遺伝子(DNAの配列)では分からない病気と言われています。これはエピゲノムという遺伝子に依存しない遺伝現象であると考えられています。今回の研究では、日常の生活の中で2型糖尿病や肥満の症状を獲得してしまい、それか遺伝子ていくメカニズムの一部を解き明かしました。

今回の実験では、まず妊娠したマウスに与えるえさを通常の半分にし、栄養不足の状態で子供を生ませます。ちなみにこの子供たちはメタボリックシンドローム様の特徴を持っていて、人でも同じ現象がおきます。今回はこのような栄養不足な状態で生まれたマウスの中でもオスのマウスを選び、普通のメスのマウスとの間に子供を生ませました。生まれてきたマウスたちもメタボリックシンドローム様の特徴を持っていて、これを実験に使いました。
肝臓での遺伝子発現の変化を調べると、脂質生成に関わる遺伝子の発現が減っていました。これらの遺伝子群の発現を調節している遺伝子に注目すると、LxraとSerbf1という遺伝子の量も減っていました。なぜ、この2つの遺伝子の発現が減ったかを調べるため、DNAのメチル化に注目しました。すると、実験に使ったマウスはもちろん、その親に当たるマウスの精子の段階でもメチル化が減少していました(注:ここでは5'UTRを見ています)。通常、プロモーターのDNAのメチル化レベルが下がると、遺伝子発現が上昇するのに、Lxraでは逆の現象がおきていました。本当にDNAのメチル化が下がることが原因なのか調べるため、5-AZAというDNAのメチル化阻害剤を使い、DNAのメチル化レベルを下げてみたところ、遺伝子の発現も抑制されました。最後にLxraの制御はSTAT1/3を介したTNF-αによるものでした。

個人的に興味深いと思ったのは精子でのメチル化レベルの減少と5’UTRのメチル化の関係と発現レベルの関係。精子は非常に高レベルのメチル化がされているけど、常に同じようにされているわけではなく、germlineでのメチル化制御機構が重要になるんだなと。5’UTRのメチル化の関係と発現レベルの関係ってあまり聞いたことないけど、プロモーターのメチル化と逆になるのは一般的なことなのか?

元の論文
In Utero Undernutrition in Male Mice Programs Liver Lipid Metabolism in the Second-Generation Offspring Involving Altered Lxra DNA Methylation

テーマ:自然科学 - ジャンル:学問・文化・芸術

αケトグルタル酸が寿命を延ばす

以前、グルコサミンをとることで寿命が延びる効果があるという記事を書きましたが、αケトグルタル酸にその原因があり、線虫では最大で70%寿命がのびたことが分かりました。

以前からマウスのような実験動物ではカロリー制限をすることで寿命が延びることが知られていました。そしてそのメカニズムを調べる研究が進んでいました。この研究チームはクエン酸回路の中間産物であるαケトグルタル酸と結合し、ミトコンドリアに存在するATP合成酵素を発見していました。今回、αケトグルタル酸がこのATP合成酵素を阻害していることを発見しました。これによりATPの量と酸素の消費量が減り、オートファジーをするようになりました。さらに、TORという加齢に関わるとされるタンパク質の下流のシグナルに関わっており、間接的に阻害していることも発見。最後に、カロリー制限を行うとαケトグルタル酸が増え、すでにカロリー制限を行っている動物ではαケトグルタル酸を与えても延命効果はありませんでした。

今回の発見がそのまま人にも適用できるかは不明です。サルなどの霊長類ではカロリー制限をしても効果はいまいちという報告があり、人がやっても効果はあまり期待できません。しかし、今回の発見はミトコンドリアの研究をしている人にとっては意外な結果でした。これまではカロリー制限をするとATPの合成を加速させようとする反応が起きるという報告があったのに、今回はATPの量が減ったと言う点です。もしかしたら、この辺が人とマウスのカロリー制限による延命効果の違いの原因かもしれませんし、αケトグルタル酸なら人でも寿命が延びるかもと思わせるところです。既に日本は高齢化がとまらないところまで来ていますが、皆さんは長生きしたいですか?

情報元
The metabolite α-ketoglutarate extends lifespan by inhibiting ATP synthase and TOR

自己治癒能力を持ったプラスチック

情報元
New Chemical Blend Helps Plastic Heal Itself

人はちょっとした怪我をしても、血液が必要な物質を持ってきてくれて、自己治癒能力で勝手に治っていきます。しかし、プラスチックだろうとなんだろうと無生物は傷が勝手に埋まることはありません。最近そんな常識を打ち破ろうとしている人たちがいて、穴が空いても勝手に治るプラスチックの開発が進んでいます。今回は1cmくらいの穴なら埋められるプラスチックが完成しました。

方法としては、血管を模した2本の細いキャピラリーを、混ざると固体と半固体構造を形成する有機物で満たし、それをプラスチックの中に埋め込むというものです。これにより、穴が空いた場合、この2つの有機物が混ざり、ゲル化して穴を埋めます。その後時間と共にポリマー化し、硬くなります。ここで重要なのはすぐにゲル化とポリマー化の2ステップがあるというところ。すぐにポリマーになってしまえば大きな穴は直せないし、ゲル化しかしなかったら十分な強度が得られません。キャピラリーの中に入れておく有機物を変えれば、硬化時間等をコントロールして色々な大きさの穴を埋められるというわけです。

将来的には飛行機の翼などに使えば、飛行中に翼に傷が入っても勝手に治っていくので、安全性が増すだろうと言っています。これまでのロボットアニメや映画では、体に傷が付いても自己治癒能力のような力で直すという描写をしているのは非常にまれです。もしかしたら今後ロボットも自己治癒能力を装備し始めるかもしれません。万が一映画ターミネーターのように、ロボットが反逆する世界がきたら、自己治癒能力を持ったロボットを相手にするのは厄介ですが。

元の論文
Restoration of Large Damage Volumes in Polymers

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子供のころにハウスダストに曝されると喘息になりにくい

皆さんは体は丈夫なほうですか?疫学的には子供の環境が後々健康になりやすいかどうかを決めるのに重要で、汚い環境で育ったほうが将来的には健康になると言われています。ただ、なぜそうなるかが分かっていませんでした。今回、生まれてすぐのころにハウスダストに曝すことで、肺に微生物が住み着き、アレルゲンに対する耐性を獲得するということが分かりました。

この実験には生後3日、15日、60日のマウスを使いました。それぞれのマウスにハウスダストを浴びせかけると、生後3日のマウスは特に強い炎症反応を示します。この段階では、ハウスダストに曝された生後3日後のマウスは不健康な状態です。しかし、その後2週間ほどすると、肺の中の微生物が、プロテオバクテリアやフィルミクテスという種類からバクテロイデスという種類に変化していきます。それに伴い、アレルゲンに対する反応が収まっていき、誘導性Treg細胞という、免疫機能が過剰にならないようにしているT細胞も出現してきました(この細胞が出現したことでアレルゲンにないする反応が収まった)。このように子供のころに微生物を肺の中に住まわせなかった場合、大人になってもアレルゲンに対して強い反応を示してしまうということが明らかになりました。

さて、微生物による免疫機構としては腸内細菌と共に作る腸管免疫が良く知られています。昨年、クロストリジウム・ディフィシルという菌が引き起こす難治性の腹痛があるのですが、健康な人のウンチを患者に移植することで非常に良い結果が得られたという報告がありました。これは腸内細菌のバランスが良くなり、免疫力が上がるため治るのだろうと考えられています。そのため、もしかしたら肺の細菌のバランスをよくすることで治る肺の病気があるかもしれません。個人的には他人のウンチを自分に移植するのはいやだけど、肺の細菌ならまだましな気がする。

元の論文
Lung microbiota promotes tolerance to allergens in neonates via PD-L1

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講義はつまらないだけでなく、非効率的であることが証明された

情報元
Lectures Aren't Just Boring, They're Ineffective, Too, Study Finds

今まで学校等で受けた授業や講義の中で、一つや二つくらいはつまらないと思ったものが皆さんもあるかと思います。個人的には高等教育になるにつれてどんどんつまらなくなっていき、しかもつまらない講義に限って必修で、いやでも受けなければならないことが多い気がします。

今回の論文では大学生の理数系科目を対象にし、講義のスタイルを2つに分けました。一つは古典的な、先生が話して生徒が聞くと言うというスタイルです。もう一方はactive learning(能動学習)というスタイルで、生徒から意見等を出すタイプのものです。能動学習に厳密な定義はないため、数学の問題を解くことや、ランダムに指名して答えさせるなどもここでは能動学習に含めています。結果は、単位を落とした人の割合が古典的なスタイルだと33.8%だったのに対し、能動学習では21.8%と低くなりました。教科ごとに見ても、能動学習ではいずれの教科もテストの点または単位を落とした人の割合の低さの少なくとも一方は古典的なものよりも有意な差がありました。講義の規模で見ると、少ないほうが能動学習の効果が高い傾向がありましたg、110人以上の大規模なものでも効果は見られました。

気をつけなければいけない点は、今回の結果は古典的な授業法がだめと言っているわけではないということ。インターネットが普及し、オンラインで多種多様な講義が無料で見れるようになっりました。(例えばMITの講義はこちらでフリーで見られます。東大等も同様にオンラインで見れる講義があったと思います。)ちなみに、コンピュータを通して講義を見ても、直接聞いても学習効果に差はないそうですので、学校や塾は能動学習による講義を検討しないと生徒はわざわざお金を出して通うメリットが見出せなくなってしまうでしょう。

元の論文
Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics

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明晰夢を見る方法が判明

先日公開された映画「悪夢ちゃん」では、夢が重要なキーワードになっています。皆さんは寝ている間に夢って見ますか?見ないという人も覚えていないだけで、実は見ていると言われています。夢はレム睡眠中に見るそうです。多くの場合、夢はコントロールできないのですが、まれに夢の中で夢を見ているということに気づき、自在にコントロールできる人がいます。このような夢を明晰夢と言います。ちなみに私はたまにしか夢を見ませんが、何度か明晰夢を見ることに成功したことがあります。映画「悪夢ちゃん」では主演の北川景子さん演じる武戸井彩未は明晰夢がいつでも見れるという設定です。

今回、この明晰夢をだれでも見る方法が判明しました。レム睡眠中の人の頭に電極をつけて、脳に特定の周波数の電流を送り込むというものです。脳波の一種であるガンマ波と同じ周波数の電流を脳の前頭側頭に与えると、寝ている状態が続いているのに、脳波は意識をもっている状態と似た状態になりました。被験者を起こして質問してみると、実際に明晰夢を見れたそうです。ガンマ波の中でも比較的低周波が良く、周波数が40Hzの時がもっとも良くて77%の人が明晰夢を見れ、25Hzでは55%の人が見れました。他の周波数では見れませんでした。

生物学的には、意識にはいくつか状態があり、レム睡眠中に夢を見ているときは今現在のことしか考えられません。逆に目が覚めているときは過去を振り返ったり、未来を予測したりといった高次の認識機能を発揮できる状態です。明晰夢を見ているときはこの2つの状態が共存しており、意識や脳の機能の変化を探るには非常に面白い状態です。ちなみに人以外の動物は明晰夢を見れないんだそうです。医学的にはPTSDを患った人は、自分がトラウマになった瞬間を夢で見てしまうそうで、この発見により患者の負担を減らしたり、治療の促進になるかもしれません。

みんな良い夢見ろよ!(柳沢真吾風に)

ダウンロード
(映画で明晰夢を見れる先生役を演じた北川景子さん。こんな美人なら夢で良いから会ってみたい)

元の論文
Induction of self awareness in dreams through frontal low current stimulation of gamma activity

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若返り因子GDF11を発見

先日「究極のアンチエイジングはドラキュラにあり!」というエントリーで少し触れましたが、若い人やマウスの血液に含まれる若返り因子GDF11が報告されました。この発見は筋肉の若返りと脳の若返りの2報にわけて報告されています。

筋肉の若返りのほうはサテライト細胞という筋繊維にくっついている幹細胞に注目しました。この細胞は年とともに減ったり、ダメージを受けたりし、筋肉の再生能力が落ちていく原因となります。内容を簡単にまとめるとparabiosisまたはGDF11の投与でその数や再生能力の改善がみられ、運動能力も向上しました。

脳の若返りでは、脳の血流と嗅覚野に注目しています。脳の血流の減少が加齢と共におき、神経幹細胞の増殖や脳の機能が低下する原因と考えられています。筋肉の論文同様、parabiosisまたはGDF11の投与で血流が良くなり、神経幹細胞の増殖がみられ、嗅覚の機能も向上しました。

今回は脳の全体を見たわけではないですが、海馬等の機能も回復している可能性もあるそうです。血液の中には他にも若返り因子があるかもしれませんが、GDF11だけでもかなり回復しているようです。今後、若い人の血やGDF11が美容産業やスポーツ産業など様々な産業に大きな変化をもたらしそうです。まだ倫理的な問題や安全性が不明という点があるものの、個人の倫理観やスポーツのルール等に変化と議論をもたらすのは間違いないと思います。例えば、若い人の血の輸血やGDF11の投与はドーピングにあたるのかといった議論は出てくると思います。

元の論文
Restoring Systemic GDF11 Levels Reverses Age-Related Dysfunction in Mouse Skeletal Muscle
Vascular and Neurogenic Rejuvenation of the Aging Mouse Brain by Young Systemic Factors

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