眼球を丸ごと移植するのは至難の業です。実のところ、あまりにも困難なため、これまで一度も成功した例はありません。新しい宿主の眼窩内で眼が正常に機能するには、繊細な視神経を介して中枢神経系に接続する必要がありますが、臓器摘出によってドナーとレシピエント双方の神経終末が損傷している場合、これは言うほど容易ではありません。
しかし、木曜日にNature Regenerative Medicine誌に掲載された研究によると、脆弱な視神経を考慮に入れる必要は全くないかもしれない。目、そしておそらく他の感覚器官も、適切に操作すれば、利用可能な中枢神経系のポートに接続し、すぐに機能を果たすことができる。タフツ大学アレン・ディスカバリー・センターの研究者たちは、盲目のオタマジャクシの尾に眼を移植することで、視力を取り戻すことに成功した。
責任著者のマイケル・レビン氏は、フランケンシュタインのような人体操作に馴染みがある。最近発行された『ポピュラーサイエンス』誌では、カエルの「配線変更」によって余分な手足を生やすという彼の研究が特集された。彼はこの偉業が将来、人体にも応用できると考えている。彼と同僚たちは、細胞が体内の電気信号にどのように反応するか、そしてそれらの信号が細胞の成長と行動をどのように決定づけるかを研究している。これらの信号を微調整することで、人体を人間のニーズに合わせて変化させることに役立てたいと考えている。ポスドク研究員のダグラス・ブラッキストン氏が主導し、学部生のヴィエン・カーン氏が協力した最新の研究では、これらの電気信号をどのように調整すれば、体が新しい解剖学的構造を受け入れるように促せるかが問われている。
「私たちは脳の可塑性について疑問を抱いています」とレビン氏は言う。「もし体構造に解剖学的変化が生じたとしたら、脳はそれにどう適応できるのでしょうか？」
レビン氏、ブラッキストン氏、そして彼らの同僚たちは、ドナーの脳とレシピエントの脳との間の神経学的接続を強化することを目指しています。感覚器官にとって、これは極めて重要です。感覚器官は感覚情報を取り込み、脳に送る能力が必要ですが、脳もその感覚情報をありのままに認識できる必要があります。例えば、脊髄の基部に接続された目が、視覚情報を脳に送り、脳がそれを視覚情報として処理できるとは期待できません。
しかし、研究者が小さなカエルの目を盲目のオタマジャクシの尻尾に移植すると、ちょっとした介入の後にまさにそれが起こった。
以前の研究では、眼球の新たな環境における電気的状態を制御することで、神経の成長と活動を刺激できることが示されていました。しかし、その眼の視力は依然として劣悪でした。今回の研究では、細胞が周囲の電気的環境をどのように読み取るか（神経伝達物質セロトニンを近隣の細胞と交換することで）に関する新たな情報を活用し、そのシステムをハッキングしました。しかも、人体に優しい薬剤、つまり片頭痛薬を用いて実現しました。
「ここでの重要な点の一つは、神経疾患や心臓疾患の治療に用いられる膨大な薬剤ツールキットが、実は再生医療にとって非常に貴重なリソースとなっていることです」とレビン氏は語る。「そこで私たちは、どのセロトニン受容体が関与しているかを正確に特定し、それを活性化する薬剤を人間が服用することで発見したのです。」
薬を投与されなかったオタマジャクシのうち、新しい目で色を認識できたのはわずか11%だったのに対し、セロトニンに影響を与える薬を投与されたオタマジャクシでは29%が色を認識できた。（正常な目のオタマジャクシでは67%にとどまった。）検査の結果、オタマジャクシは色だけでなく、形や動きも認識できることが示された。治療を施さなかった眼移植を受けたオタマジャクシは、運動テストの合格率が盲目のオタマジャクシと比べてそれほど高くなく、それぞれ38%と32%だったのに対し、目が見えるオタマジャクシでは80%の合格率だった。しかし、片頭痛薬を投与されたオタマジャクシは、眼移植を受けたオタマジャクシの57%が動きを追うことができた。
「彼らは本当に真の視覚を持っていたのです」とレビンは言う。「通常、視覚入力は頭頂部の一箇所から得られると想定する脳が、尾の一箇所からの入力を受け取り、正しく処理できるというのは、実に驚くべきことです。そもそも脳がどのようにしてそれを視覚情報として認識するのか、という疑問が湧きます。」
レビン氏にとって、重要な発見の一つは、この薬が眼球に有益な神経の急速な成長を刺激したが、体の他の部分の神経には影響を与えなかったということだった。
「これは極めて重要です。医学的に副作用が少なくなるはずですから」とレビン氏は言う。「正常な神経系が過剰に増殖することはありません。考えてみれば、異所性神経が注意を払う一方で、正常な神経支配は注意を払わないという事実は、これらの細胞が自分が正しい位置にあるかどうかを実際に認識していることを示唆しています。」
おそらく彼はこう付け加える。「もし視神経が脇腹のどこかにあれば、自分が正しい場所にいないと分かるので、電気環境に注意を払い、それに応じて成長するのです」。これは、間違った場所に発生して増殖する細胞が体に問題を引き起こす、特定の先天性欠損症や癌の治療に影響を及ぼす可能性があると彼は考えている。
この研究結果は、眼球に限らず、臓器提供や培養された臓器の受領者にとってより良い結果をもたらすのに役立つ可能性がある。
「眼球移植について相談したいという電話をたくさんいただいていますが、ここで覚えておいていただきたいのは、これは眼球移植だけにとどまらないということです」とレビン氏は言う。「重要なのは、移植片とその宿主との間の神経接続を制御することです。あらゆる分野に応用可能です。」
理論的には、同様の技術を使用すれば、どんな臓器でもより成功率高く体に貼り付けることができるだろう。
「網膜を脳にどう接続するのか、私たちには全く分かりません。耳を交換したいなら、頭蓋骨を大きく切り取らなければなりません」と、同様の研究を行っているものの今回の研究には関わっていないアイオワ大学のベルント・フリッチュ氏はニューサイエンティスト誌に語った。「今回の研究は、そうした手術は必ずしも必要ではないかもしれないことを示唆しています。例えば、臓器を首に置き、脊髄に接続すればいいのです。見た目は奇妙かもしれませんが、それでも機能する可能性はあります。」
そして長期的には、この研究は選択的バイオエンジニアリングにおいて素晴らしく奇妙な応用が期待できるとレビン氏は言う。
「これは本当にSFの世界の話ですが、いつか人間は標準的な人体構造を超えて生物学的な機能を改変するようになるかもしれません」と彼は言います。「人々はもっと多くの目を望むかもしれませんし、違う種類の目を望むかもしれません。火星や水中で暮らしたいと考えるかもしれません。そして、脳はそれに適応する必要があるのです。」
