アメリカのスタンフォード大学（Stanford University）などで行われた研究によって、生まれつき大脳皮質をほとんど持たないマウスにヒトの脳組織を移植すると、3か月後にはそのマウスの皮質組織の体積の9割以上がヒト由来の組織で占められることが明らかになりました。
ヒトの神経細胞はマウスの神経系とつながって電気の波を起こし、一部は首の高さの脊髄にまで突起を伸ばしていました。
しかもこの組織には、培養皿ではどうしても作れなかった大型の神経細胞によく似た細胞まで現れていたのです。
研究チームは「これらの動物モデルは、ヒトの脳回路に生じた病気に関わる変化が、まるごとの神経系の中でどう表れるのかを調べる、またとない機会をもたらします」と述べています。
では、大脳皮質をヒトの細胞に明け渡したマウスは、いったいどんな変化が起きたのでしょうか？
研究内容の詳細は2026年9月16日に『Nature』にて発表されました。
目次
- ヒトの脳を調べるとき、最大の壁になるのはヒト自身
- 大脳皮質を作らないマウスを生み、空いた土地にヒトの脳を植える
- 培養皿では誰も作れなかった細胞が、そこにいた
- 皮質をヒトに明け渡したマウスは、何になったのか
ヒトの脳を調べるとき、最大の壁になるのはヒト自身
人間の脳がどう作られ、どこでつまずくと病気になるのか。
それを知るうえで最大の障害になっているのは、その脳を使っている人間自身です。
本人が生きて暮らしている以上、頭を開けて中身をいじるわけにはいきません。
統合失調症やてんかん、自閉症のように、生まれる前や生まれた直後の配線の乱れが関わるとされる病気ほど、この壁は高くなります。
そこで研究者たちは、脳を体の外で育てる道を選びました。
ヒトの皮膚の細胞を幹細胞に変え、そこから育てた小さな立体の脳組織は「オルガノイド」と呼ばれ、いまでは発達中のヒトの神経系にある幅広い細胞がそろいます。
けれども、皿の中の脳には決定的に欠けているものがあります。
脳が本来つながっている体です。
血液は届かず、目や耳から入る情報もなく、動かすべき筋肉もありません。
この壁を破るため、スタンフォード大学のセルジュ・パシュカ氏らは2022年、ヒトの大脳皮質オルガノイドを生まれたばかりのラットの脳に移植しました。
移植されたヒトの神経細胞は、皿の中に残った同じ組織よりも大きく育ち、枝を複雑に伸ばし、ラットのヒゲに触れた感覚にまで反応するようになりました。
それでも、ヒトの組織が広がれたのは、ラットの片側の大脳皮質の3分の1まででした。
理由は、場所の取り合いです。
ラットの脳には、もともとラット自身の大脳皮質が詰まっています。
移植されたヒトの細胞は、その隙間に割り込む形で育つしかありません。
しかも割り込む側と受け入れる側とでは、育つ速さがまるで違います。
げっ歯類の神経細胞は回路をすばやく組み上げますが、ヒトの神経細胞が同じところまで育つには、ずっと長い時間がかかります。
ゆっくり育つ側が枝を伸ばそうとするころには、速く育った側がすでに枝を張りめぐらせ、つなぐ相手も置き場所も埋めてしまっているのです。
家具がぎっしり置かれた部屋に、あとから荷物を運び込むようなものです。
置ける場所は、隅にしか残っていません。
そこで研究チームは、発想を裏返しました。
ヒトの細胞のために部屋を広げるのではなく、最初から家具を運び込まないことにしたのです。
大脳皮質を作らないマウスを生み、空いた土地にヒトの脳を植える
研究チームは、大脳皮質と海馬になるはずの「もとの細胞」だけが持つ目印を手がかりに、細胞分裂に欠かせない遺伝子を働かなくしたマウスを作りました。
分裂の途中で細胞が死ぬため、大脳皮質と海馬の大部分は、そもそも作られません。
研究チームはこのマウスを「無皮質マウス」と呼んでいます。
生まれた時点で、皮質があるはずの場所は液体で満たされた大きな空洞になっています。
大人になった無皮質マウスに残る皮質の中身は、ふつうのマウスのわずか2%ほど。
脳全体の体積も、およそ半分しかありません。
大脳皮質といえば、思考や言語、注意、判断といった高度な働きを担う、脳のいちばん外側の「皮」です。
その大部分がない動物は、まともに生きられそうにありません。
ところが無皮質マウスは大人になるまで育ち、ふつうに歩き回り、においを嗅ぎ、触れられた感覚も熱さも、ふつうのマウスと変わらない反応を示しました。
ぱっと見ただけでは、ふつうのマウスと見分けがつきません。
これだけ失われても生きていられるのは、命を保つ働きの多くが、皮質より下にある構造に残っているからです。
呼吸や体温、食べること、歩くこと、においを嗅ぐことを支える部分は、今回の操作でも残されています。
しかも皮質は途中で壊されたのではなく、最初から作られませんでした。
残りの脳は、皮質がないという前提のまま育っていくことになります。
「発達のごく早い段階で皮質の回路が失われた場合、これまで皮質が担うとされてきた働きのすべてを、皮質だけが引き受けているわけではないのかもしれません」とパシュカ氏は述べています。「脳が育つ過程で、ほかの領域が欠けた回路の一部を肩代わりしている可能性があります」
とはいえ、ハンデはやはりありました。
無皮質の子は、ふつうと同じ条件では、母親のミルクと世話をめぐる競争から取り残されてしまいます。
そこで研究チームは、生後2週目に皮質のあるきょうだいの大半を間引き、母親の手が無皮質の子に回るようにしました。
親子のケージには高カロリーのゲル状の餌を足し、乳離れの時期も遅らせています。
ここまで手を尽くして、ようやく生後まもない時期の体重はふつうの子と変わらず、生存率にもはっきりした差が出ないところまで来ます。
今回の研究では、生後1〜2週の時点で、この脳が欠けている赤ちゃんマウスの空洞に、およそ10万個の細胞を含むヒトのオルガノイドが、左右の半球に2個ずつ、合わせて4個植えこまれました。
移植から2か月後と3か月後を比べると、ヒトの組織はその1か月で約4.7倍にふくらんでいました。
さらに3か月後には、そのマウスの大脳皮質にあたる組織の体積の91.9%が、ヒト由来のものになっていました。
育ったのは、かたちだけの組織ではありませんでした。
頭蓋骨を透明にして光で覗くと、移植片の表面全体を100ミリ秒ほどで駆けぬける活動の波が見えました。
ヒトの組織は、マウスの脳の他の部分との連携も進んでいました。
大脳皮質が体に命令を出すとき、その信号は皮質から下へ向かう長い線維の束を通り、背骨の中の脊髄まで降りて、そこで次の神経に乗り換えて筋肉に届きます。
脳から体へ下る、とりわけ長い配線であり、培養環境にあるオルガノイドには、そもそも伸ばす先の脊髄がありません。
そこで研究チームは、ヒトの細胞だけを光らせて、接続の様子を調べてみました。
すると、調べた3匹すべてで、ヒト由来の神経の突起がマウスの首の高さの脊髄まで届いており、脊髄の細胞を取り囲むように点々と信号が並んでいました。
一方で、皮質がそのまま残っているマウスに同じヒト脳オルガノイドを移植した場合、脊髄には何も見つかりませんでした。
空き地を用意したことが、この長い旅路を可能にしたと考えられます。
培養皿では誰も作れなかった細胞が、そこにいた
この空き地で育った組織には、これまでの方法では作りにくかった細胞が現れていました。
一つは、大脳皮質から神経系の遠く離れた場所まで長い突起を伸ばす種類の神経細胞（第5層の大脳外投射ニューロン）で、これまでの移植方法に比べて3倍以上の割合を占めていました。
先に述べた脊髄まで届いた突起も、この仲間によるものと考えられます。
そして、その細胞集団の中に、マウスにはないはずのフォン・エコノモ細胞（VEN）によく似た細胞が見つかりました。
大きく、細長く、葉巻のような形をした神経細胞で、ヒトの大脳皮質では9万個に1個ほどしかありません。
社会的な気づきや判断に関わる領域に集まっており、類人猿やゾウ、イルカ、クジラなど大きな脳を持つ社会性の高い動物にも見つかっていますが、マウスやラットにはありません。
ヒトでこの細胞を観察するには、亡くなった人の脳か、手術で取り出されたわずかな組織に頼るしかありませんでした。
培養皿のオルガノイドでこの細胞が作られたことは一度もなく、以前のラットへの移植でも検出されていません。
ところが今回のマウスでは、調べた3匹すべてに現れました。
しかもまわりの細胞の直径が9マイクロメートルほどなのに対し、こちらは約30マイクロメートルもあります。
なぜ皮質を空けたマウスの中でだけ現れたのかは、まだ分かっていません。
パシュカ氏は、ヒトの神経細胞が神経系の遠く離れた標的に手を届かせられるようになったことで、培養皿では再現しにくい信号を受け取っている可能性を挙げています。
栄養や成長をうながす因子、神経活動にともなう信号、まわりの細胞とのやり取りなど、生きた体の中にしかない条件が効いているのかもしれません。
この細胞を作れるようになった意味は小さくありません。
VENは前頭側頭型認知症で特に減りやすいことが知られており、この病気では、記憶の問題がはっきりしてくるより前に、社会的なふるまいや性格の変化や、言葉の使いにくさが初期の症状として現れることがあります。
パシュカ氏は「患者さんから皮質オルガノイドを作り、マウスに搭載することで、この希少な細胞を守れるかどうかを確かめられます」と述べています。
皮質をヒトに明け渡したマウスは、何になったのか
ここまで来ると、気になるのはマウスのほうです。
研究チームは、ふつうのマウス、無皮質マウス、ヒト組織を移植したマウスの3グループをY字型の迷路に放ちました。
マウスには、いま通ったばかりの通路とは別の通路を選びたがる習性があり、これは裏返せば、前の通路を覚えているからこその芸当です。
そこで研究者たちは3種類のマウスたちのY字迷路での挙動を観察しました。
すると、ふつうのマウスは偶然より良い成績を示しましたが、無皮質マウスは偶然と変わりませんでした。
そしてヒト組織を移植されたマウスも偶然より良い成績を示したのです。
この結果は、ヒトの脳組織が、マウスの行動を支える一員になったことを示すのでしょうか？
研究チームは、移植したヒト組織と、マウスに残された神経回路との相互作用が、こうした行動に関わっていると考えています。
ただし、ヒトの神経細胞そのものが、訪れた場所を覚える役割を本当に担ったかどうかまでは、今回の研究では確かめられていません。
次に研究者たちは、低酸素に対する抵抗力を調べるためマウスを酸素濃度5%の環境に5時間置きました。
直後のヒト組織には酸素不足に反応するタンパク質（HIF1α）が現れ、20日後には、傷ついた脳で増えるグリア細胞が密度を増していました。
そしてヒト脳オルガノイドを移植されたマウスたちは、この低酸素のために、歩行検査で足の運びと支えかたに乱れが出たことが示されました。
一方で、ふつうのマウスと無皮質マウスは、同じ低酸素にさらされても歩き方をほとんど変えませんでした。
ヒトの組織が傷ついたマウスだけが、歩き方を変えたのです。
研究者たちは、ヒトの脳細胞を備えたマウスを実験台にすることで、ヒトの神経が酸素不足に弱い理由を探す手掛かりになると述べています。
もっとも、これほどの規模でヒトの神経組織を動物に入れることは、答えの出しにくい問いを呼び込みます。
そのため研究チームは通常の動物実験の審査に加え、倫理学者や患者支援団体の代表、哲学者、法学者から意見を受けながら実験を進め、2025年11月にはこの種の移植をめぐる倫理を議論する会議も開きました。
確かに、動物の大脳皮質にあたる部分のほとんどをヒトの脳組織で埋めてしまうことや、マウスの頭の中でヒトの脳組織を育てること自体に、倫理的な負担を感じる人は少なくないでしょう。
しかし研究者たちは会議で最も強く出た意見は「今日は治せないけれども、このモデルを使えば明日には治療法が見つかるかもしれない神経疾患に、何億もの人が苦しんでいる。その状況で、この研究を行わないことの倫理こそが問われるのではないか」というものだったと述べています。
元論文
Developmental xenocortication using human-derived organoids in mice
https://doi.org/10.1038/s41586-026-11032-2
ライター
川勝康弘: ナゾロジー副編集長。
大学で研究生活を送ること10年と少し。
小説家としての活動履歴あり。
専門は生物学ですが、量子力学・社会学・医学・薬学なども担当します。
日々の記事作成は可能な限り、一次資料たる論文を元にするよう心がけています。
夢は最新科学をまとめて小学生用に本にすること。
編集者
ナゾロジー 編集部
