オルガノイド
オルガノイドは、生物学の基礎研究をサポートするツールとなる。オルガノイドは、臓器内での細胞の相互作用、体内環境との相互作用、その臓器での疾患、薬物の効果の研究に役立つ。試験管内での培養は、扱いやすく、観察も容易である。実際の臓器は栄養素の問題で、培養は困難であるが、オルガノイドは大きさが小さいため、培養も可能である。一方、それらは臓器の特徴全てを示すわけではなく、他の臓器との相互作用はin vitroではわからない。
腸オルガノイドを用いて、幹細胞の研究がされてきたが、栄養の取り込み、薬物輸送、およびインクレチンホルモンの分泌の研究にも用いられている。これは、吸収不良疾患、ならびに肥満、インスリン抵抗性、および糖尿病などの代謝性疾患の研究において非常に重要である。
オルガノイドを用いて多数の臓器の構造が再現されている。オルガノイドの最新の文献に基づいた簡単な概要と、作成されたオルガノイドのリストと利用例、現状の状況を概説する。
脳オルガノイド(Cerebral organoid)
小脳オルガノイド(Cerebellar organoid)
内耳オルガノイド
甲状腺オルガノイド
胸腺オルガノイド 胸腺オルガノイドは、T細胞が成熟するリンパ器官である胸腺の構造、機能を部分的に再現する。胸腺オルガノイドは、3次元的に胸腺間質細胞を培養し、生成された。胸腺オルガノイドは、ヒト造血幹細胞または骨髄幹細胞とマウス胸腺オルガノイドを共培養すると、T細胞の産生を引き起こすので、胸腺の機能をうまく再現するようである 。
精巣オルガノイド
肝臓オルガノイド
膵臓オルガノイド
腸オルガノイド(Gut Organoid) 腸オルガノイドは、胃腸管の構造を再現するオルガノイドを指す。胃腸管は、内胚葉から発生し、発達中に3つの異なる領域に分けられ、他の器官とともに、胃腸管の以下の部分を生じる。2017年には、ヒト多能性肝細胞から高次機能を有したミニ腸の作成に成功している。 Foregutは、口腔および胃になる Midgutは、小腸および上行結腸になる Hindgutは、直腸と結腸の残りの部分になる
上皮オルガノイド
肺オルガノイド
腎臓オルガノイド(= renal organoid)
胚(胃腺Gastruloids)
オルガノイドは、発生生物学を研究するための特別なモデルとなる。多能性幹細胞の運命の方向性を導く技術の進歩は、3D培養技術の進歩とあわさり、多数の人間の臓器の様々な特定の小領域の特性を再現するオルガノイドの作成を可能にした。これらのオルガノイドの使用は、臓器形成の過程、および発生生物学の理解に大きく貢献した。 例えば、中枢神経系の発生の理解に貢献している。さらに、オルガノイドは網膜形成の基礎となる物理的力の理解や、生物の種類に特徴的な眼の構造形成の理解に貢献した。また 、大脳皮質における前駆細胞を制御する因子を同定した。
2009年には、オランダのヒューブレヒト研究所(Hubrecht Institute)とUniversity Medical Center、ハンス・クレヴァース研究所が、単一のLGR5幹細胞が間葉系ニッチを伴わずにin vitroで陰窩-絨毛構造を構築することを示した。2010年に、Mathieu UnbekandtとJamie A. Daviesは、マウス胎児由来の再生幹細胞からの腎臓オルガノイドの作成を実証した。その後、これらのオルガノイドのin vitroおよび生体内(in vivo)で生理学的機能を示したと報告されている。
オーストリア科学アカデミーのマデリーン・ランカスター(Madeline Lancaster)は、2013年にヒトの脳の細胞組織の形成を模倣した幹細胞由来の大脳オルガノイドを培養するためのプロトコールを確立した。
2014年、 米国イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のArtem Shkumatov等は、ES細胞が接着する基質の固さを調節することによって、心臓の血管のオルガノイドが形成されることを示した。生理的固さは、EBの三次元構造構築と心筋への分化を促進した。
Takebeらは、多能性幹細胞由来の組織特異的前駆細胞または関連する組織サンプルを、内皮細胞および間充織幹細胞と組み合わせることにより、多様な組織からの器官芽(organ bud)形成の一般的な方法を実証した。彼らは、分化がより進んだものではなく、成熟していない組織や器官芽が、移植後の成熟した臓器の機能形成に効果的であることを示した。