「きぼう」利用サービス紹介③微小重力環境でのマウス飼育と回収サービス

マウスがひらく生命の 仕組みを解明 するカギ
国際宇宙ステーションでのマウス実 験

ココ!

国立研究開発法人

宇宙航空研究開発機構 有人宇宙技術部門
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きぼう利用プロモーション室
Z-KIBO-PROMOTION@jaxa.jp
2016年3月発行

小動物飼育装置（MHU）
http://iss.jaxa.jp/kiboexp/equipment/pm/mhu/
きぼうを使ってみませんか？
http://iss.jaxa.jp/user/

国際宇宙ステーション「きぼう」日本実験棟で実験進行中！

生命の仕組みを解明するカギ、宇宙でのマウス利用研究

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ヒトではできない条件の統一、厳密な比較、組織解析等が可能
育てる環境や遺伝子などの実験条件を統一する、宇宙で人工重力をつくり出して重力影響の厳密な比較をする、組織・器官などを用いて詳細に解析するーーー

宇宙

このような研究は、宇宙飛行士ではできません。

宇宙環境では体を支える骨や筋肉が弱くなり、免疫機能が下がり、バランス感覚が低下するといった変化がマウスを使って得られるデータと宇宙飛行士のデータでお互いに補完しあうこと見られます。
これらは、高齢者が悩まされる加齢性疾患とよく似ており、しかも宇宙では急速に進行します。

で、より大きな成果が得られます。

地上

このような加齢研究の加速プラットフォームともいえる国際宇宙ステーションを使ったマウスの研究は、現象の仕組みを解明し、加齢に伴う現象の仕組みを解明し、その予防や改善に役立つと期待されています。
また人類がより長く、より遠く、宇宙で活躍する時代に向けても、マウス利用研究は多くのヒントを与えてくれます。

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地上で得られないデータ取得が可能
宇宙での実験にはこんな特徴があります。
❶加齢で見られる現象が、時間軸で約10〜30倍の早回しで見られます。健康管理の観点から宇宙で毎日1運動する宇宙飛行士と比べ、宇宙で運動しないように設定できるモデル生物では、変化幅(スケール)で約15〜20倍まで拡大して観察が可能です。

宇宙でからだに起こる変化❷同じ個体（マウス）の中で、環境（重力）だけが変化するのに応じた経時的な変化を測ることができます。
地球帰還後には、加齢様症状が進んだ状態から回復する過程も観察できます。

宇宙に長期間滞在すると、健康な宇宙飛行士でも骨や筋肉が弱くなり、バランス感覚の低下・視神経乳頭浮腫（脳内や脳周辺の圧力上昇が一因で視神経の眼球に入る部分が腫れた状態）・心肥大といった変化も観察されます。
このような健康課題は、宇宙での効果的な運動等により、主に健康管理の面から対策が進められていますが、どのようなメカニズムでこのようなマウスはヒトと同じほ乳類。
マウスを用いた研究は、地上でもヒトの病気の解明に役立っています。

❸遺伝子を改変したり、身体の一部を動かさないようにするといった不自然な状態をつくることなく、全身での影響を確認できます。これらの特徴を活かせば、地上では見られない新たな現象を発見できます。
その結果から、加齢や環境に起因した病気に関する遺伝子を見つけられるかもしれません。

骨量減少変化が起こっているかはわかっていません。

30%

マウスを使った研究がメカニズムを教えてくれる
米国やロシアが小動物（マウス等）を用いて行った宇宙実験では、ヒトと同じ様に小動物でも上記のようなモデル生物（ラット、脊椎動物）

時間軸約10 30倍〜減少量

2

大変化が起きることが明らかとなってきています。
そこで、マウスを使った研究により遺伝子などの詳細なレベル20%10%でのメカニズムの解明が可能ではないかと考えられています。

スケール

約15〜20倍
地上(高齢者)
ヒト（宇宙滞在前後）

0

宇宙でマウスを飼育して行う研究は、詳細なレベルでのサルコペニア（筋量低下）
研究評価や骨・筋等への実質影

宇宙実験は地上（高齢者）に対し・時間軸で約10〜30倍に加速・スケールで約15〜20倍に拡大

300

響だけでなく、宇宙環境ストレスが免疫系や中枢神経系へ及ぼす影響の解析を行うことも可能です。

日

30 日

現象が見られる時間

3 日

短い

宇宙での骨密度の減少：Vico, Lancet 2003(ヒト), LeBｌanc, J MusSkelet Neuro2007(ヒト), Morey-Holton,
J App Physiol 2000(ラット), Chatani, Scientiﬁc Reports 2015(メダカ), 他

また、宇宙飛行士への影響評価を並行して実施することで、宇宙飛行士とマウスとの相互評価も可能となります。
更に、宇宙環境による遺伝子の働き方の制御が、次世代（仔の世代）へ引き継がれるかなど、人類が長期的な筋萎縮重力環境変化にどうのように適応していけるかについても解析予定です。
大40%

加齢加速環境のプラットフォーム
宇宙滞在で観察される身体の変化は、地上で高齢者に見られる変化が加速されたものと似ています。
十分に運動できない場合、骨密度の減少は骨粗しょう症の患者さんの約10倍、1日のふくらはぎの筋肉の減少は20%

寝たきりの方の2日分、高齢者の約半年分という速さで進行します。
最近、骨や筋肉など運動器が衰えるロコモティブ症候群の増加が大きな問題になっています。
「きぼう」では今後、マウスを使った実験などによって、加齢に伴う疾患等を早期に診断することが可能な因子の特定や、予防薬・治療薬候補の薬効や安全性を調べる前臨床試験などの実施も検討していく予定です。
それらによる成果が、ロコモティブ症候群の予防や改善を通じて、健康寿命を延ばすことが期待されています。

1

モデル生物（マウス、ラット）

時間軸約10〜30倍
減少量

3

スケール

約20倍

ヒト（宇宙滞在前後）

宇宙実験は地上（高齢者）に対し・時間軸で約10〜30倍に加速・スケールで約20倍に拡大

地上(高齢者)

0

300日

30日

現象が見られる時間

3日

短い

宇宙での筋断面積の減少：Fitts, J Physiol2010 (ヒト), Nikawa, FASEB 2004 (ラット), Harriso,
J App Physiol2003 (マウス), Sandona, PLoSONE 2012 (マウス), Sung, J MusSkeletNeuro 2013 (マウス), 他

2プロジェクトの流れ

国際宇宙ステーションと「きぼう」

ectProj tStar

国際宇宙ステーションは、地上から約400km上空に建設された巨大な有人実験施設です。

実験の募集

実験の選定

実験条件の検討

全国の大学・研究機関・実験の内容、期待される必要な数、地上と宇宙の実験企業から、宇宙実験を成果などを踏まえてスケジュール、使う器具等、募集します。

JAXAが選定を行います。

詳細な実験条件を研究者とアメリカ、日本、カナダ、欧州各国、ロシアの計15か国が参加してさまざまな実験や研究を行っています。
その中でJAXAが開発を担当した日本実験棟が「きぼう」です。

JAXAが協力して検討します。

実験装置の紹介
地上へ輸送、研究者に引き渡し

国際宇宙ステーションにある日本の実験棟「きぼう」
は、宇宙で日本独自の研究ができる実験室。

宇宙で飼育したマウスを研究に携わる多くの方に地上へ輸送し、それぞれの研究者に引き渡します。

利用していただけるよう、「きぼう」生物実験装置予備実験
遠心飼育機を活用し、重力影響を宇宙実験前に評価することも可能です。

マウス実験用グローブボックス「きぼう」船内にある遠心機付き飼育環境制御装置。上

飼育ケージの交換やメンテナンス、段（微小重力区）と下段（人工重力区）にマウス飼育ケーサンプルの採取などを行います。

ジを6個ずつセットし、重力の影響を比較します。

JAXAが全面的にサポートしています。

微小重力区「きぼう」で実験を実施

国際宇宙ステーションへの輸送

日本実験棟「きぼう」でマウスを実験を行います。

国際宇宙ステーションへと運びます。

各種委員会
日本・海外の動物実験委員会、倫理委員会等により、予備実験を含め実験計画の人工重力区審査を行います。

マウス飼育ケージ1匹のマウスを約３０日間飼育可能（ケージ交換により３０日以上の飼育に対応）です。

予備実験例 こんな成果が出ています。
短腕遠心 機を利用したマウス飼育実現

飼育ケージ、給餌器、給水器、LED白色照明／赤外照明、排泄物回収器、臭気フィルタ、換気ファン（２個）により構成されます。
遠心過重力（2G）負荷の免疫系への影響解析

新規に開発したマウス飼育ケージ

ビデオカメラ（暗視機能、観察面清掃用ワイパー付）、温度センサを搭載しています。

観察面清掃用ワイパー
給水用バッグLED 照明・カメラ

カメラ

LED 白色照明／赤外照明

換気ファン

給餌器
温度センサ

視認窓

臭気フィルタ

宇宙空間で人工重力を負荷しマウス飼育が実現

遠心過重力（2G）
負荷の免疫系への影響評価研究

宇宙用マウス飼育ケージのプロトタイプを用できるかを検討した結果が PLoS One に受理さが PLoS One に受理されました。

いた評価試験結果が Exp Anim に受理されれました。
PLoS One. 2015 Morita H et.al.（岐阜大学・森田教授との連携）3ました。雑誌表紙に採用されました。
PLoS One. 2015 Tateishi R et.al.（東京大学・秋山准教授との連携）

Exp Anim. 2016 Shimbo M et.al（筑波大学・高橋教授との連携）

排泄物回収器

飼育ケージ
ケージドア

排泄物回収器

給水ノズル

排泄物回収器餌

Ground-based assessment of JAXA mouse habitat cage unit by mouse phenotypic studies
MikiShimbo ，et al.
Experimental Animals Vol. 65 No. 2, 175-187, 20164

Q ラットなどマウス以外の小動物は飼育可能でしょうか？
AQ 遺伝子組換えマウスは利用可能でしょうか？
A
Q 打ち上げるマウスの週齢などに制約はあるのでしょうか？
A

未来へとつながる マウス飼育装置を使った研究

現在はマウスを利用した実験を前提としています。
なお、「きぼう」にある別の装置ではメダカ等の小型淡水魚類の飼育が可能です

戦略的に進める領域

加齢研究を支えるプラットフォーム
バイオインフォマティクス研究可能です。
ただし、日本から米国へ輸出する必要がある場合、手続き・繁殖に時間を要します。
実現性については実験要求に基づき検討が必要です。

加齢性疾患創薬研究

宇宙

宇宙

加齢現象
（骨・筋・免疫低下）の加速モデル

新薬候補の前臨床試験

・宇宙環境で顕著に表れるエピゲノム変化等の解析

・微小重力下で飼育されたマウスへ疾患因子の・地上の加齢性疾患等との相関多少あります。
宇宙用マウス飼育ケージの給水ノズルや固形餌への馴らし飼育が事前に必要となるため若いマウスを打ち上げる必要がある場合には工夫が必要となります。

Q 群飼育は可能でしょうか？
A

予防薬・治療薬を投与し効果を検証現装置としては不可能です。

地上（大学・研究所）

地上（創薬メーカ、研究所等）

生命情報データベース構築／宇宙との相関性解析

加齢性疾患に対する創薬研究

・加齢性疾患等のバイオマーカ※を探索・特定・疾患の元となるターゲットの活性を制御する適切な化合物を設計※病気や体の状態を評価する指標

探索・選択開発・実証（バイオインフォマティクス）
/
現在

QA

深化・拡大
（加齢性疾患創薬研究）
5年後疾患の早期診断技術

軌道上でのマウスに対する実験（採血、サンプル採取、データ取得、観察等）
は可能でしょうか？

10年後

革新的予防薬・治療薬

グローブボックス内で宇宙飛行士が実施できる作業の範囲内で実験することは可能です。
実現性については実験要求に基づき検討が必要です。

Q 民間企業でも利用できますか。
Aご利用いただけます。まずはご相談ください。

※自由な発想に基づく研究も実施可能です

マウスを用いた宇宙環境応答の網羅的評価 ／ 筑波大学

腸内環境の統合評価 ／ 理化学研究所

宇宙環境における遺伝子発現の増減やＤＮＡの化学的な変化、次世代への影響を宇宙環境による免疫能変化を評価します。

調べることで、宇宙環境に対する生物応答変化の要因やメカニズムを解明します。

宇宙飛行士の健康管理に役立つ基礎的知見を得ます。

睡眠や摂食などの行動観察

宇宙飛行士

宇宙環境

宇宙飛行マウス唾液

各臓器に対する宇宙環境影響の解明

糞便

糞便

血液

免疫組織器官

宇宙飛行マウスを地上に輸送

地上
外部環境が各臓器に与える影響を解析する手段の確立

口腔・腸内における細菌の分布・機能、宇宙で飼育したマウスの生殖細胞から生まれた次世代のマウス分泌される代謝物の解析

免疫機能の量的・質的変化の解析

宇宙環境応答の次世代への影響評価

高齢者などの免疫応答評価や予防医学へ還元します。
効果

5

ヒトへの適用や還元を進めやすいマウスの宇宙長期飼育による基礎データと知見の獲得を通じて、様々な病気に似た状態のマウスを用いた宇宙での創薬研究や、骨量減少・筋萎縮の発生機序解明による高齢化対策、地上の様々な環境適応研究などへも貢献します。

効果

加齢現象に類似した骨量や筋力、免疫の低下などが見られる宇宙環境を活用した、生理的応答の評価方法の探索、免疫能メカニズムの解明、機能性食品等によるリスク軽減策の開発は、高齢者など一般人の健康増進や疾病等に対する予防医学へも貢献します。

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