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人工クラゲが泳ぐ

人工クラゲがラットの細胞から作られた

リバース・エンジニアリングされた生物は薬の試験に使えるだろう。

Ed Yong
22 July 2012



生体工学はシリコンとラットの心臓からの筋細胞を使って人工クラゲを作った。メドゥソイドと称される合成生物は、8枚の花びらがある花のように見える。電場の中に置くと、それはまさに生きているクラゲのように脈打って泳ぐ。

「形態的には、我々が造ったものはクラゲだ。機能的には、我々は造ったものはクラゲだ。遺伝的には、これはラットだ」、とハーヴァード大学(マサチューセッツ州ケンブリッジ)の生物物理学者でこの研究を率いたキット・パーカーは話す。このプロジェクトは今日Nature Biotechnology誌に記載された。

パーカーのラボは、器官再生と薬の試験のために、ヒトの心臓組織の人工モデルを作る研究をしており、チームは「筋ポンプの基本法則」を理解する方法としてメドゥソイドを作った。それは基本科学に対する工学者のアプローチである:法則に基づく何かを作ってその正しさを確かめるという証明。


シリコンとラットの心臓細胞でできたクラゲが電場に置かれると水中で「泳ぐ」。Harvard Univ./Caltech

2007年、パーカーはニュー・イングランド水族館(マサチューセッツ州ボストン)を訪れたとき、筋ポンプを研究する新しい方法を探し求めていた。「クラゲの展示を見たときにビビビときた」と彼は話す。「私は思った。私にはそれが作れることが分かっている」。それをするために、彼はパサデナのカリフォルニア工科大学(カルテック)で生物の推進を研究する生体工学者、ジョン・ダビリに呼びかけた。「彼をひっ捕まえてこう言ったんだ。『ジョン、私はクラゲを作れると思う』。彼は私が誰かを知らなかったけど、私はかなり興奮して両手をぶんぶん振っていたから、彼はノーと言えなかったんだと思う」

実験の大部分を行ったカルテックの院生であるジャナ・ノーロスは、子供のミズクラゲ(Aurelia aurita)の体にある全ての細胞をマッピングすることから始めて、このクラゲがどうやって泳ぐのか理解しようとした。ミズクラゲの傘は一層の筋肉からなり、中央リングの周囲と8本のスポークに沿ってきつく並ぶ繊維がともなう。

傘の下流に向かう拍動を作るために、「小石を水に落としたときのような」穏やかな波で、筋肉を通して電気信号を広げた、とパーカーは話す。「それはまさに心臓で見られるものに似ている。私の予想では、筋ポンプとなるには、電気活動は波面のように広がる必要がある」

形と機能

ノーロスは単層のラットの心筋をポリジメチルシロキサンのパターンシート上で成長させることによって同じ特徴を持つ構造を作った。この構造に電場をかけると、この筋肉は素早く緊縮し、メドゥソイドを圧縮してクラゲのパワー・ストロークを模倣する。次に弾力のあるシリコンがメドゥソイドを後ろへ引っ張って最初の平らな形に戻し、次のストロークができるようになる。

水中にある2本の電極の間に置くと、メドゥソイドは本物のように泳いだ。それは食料粒子をクラゲの口へ運ぶのと同様の水流を作りさえもした。「我々は本当にうまくやれば、その渦流を再現することになると思ったが、その通りになった」とパーカーは話す。「我々はラットをばらしてクラゲを再構築したのだ」

「これはものすごいと思う」とマサチューセッツ総合病院(ボストン)の組織工学者、ジョゼフ・ヴァカンティは話す。「それは生物と非生物要素のキメラ系を作製する強力な実証だ」

パーカーによると彼のチームが合成生物学を新しい水準に引き上げているという。「普通は合成生物について話をするとき、人によっては生きている細胞を使って新しい遺伝子を入れるだろう。我々は一匹の動物を作った。それは遺伝子についてではなく、形態と機能についてだ」

チームはいまヒトの心臓細胞を使ってメドゥソイドを作ろうと計画している。研究者たちは、薬の試験のためのプラットフォームとして、それらの設計、あるいは似たものを使う特許を取っている。「心臓の薬を持っているかい?」とパーカーは話す。「私のクラゲにそれを使わせてくれ。それが心臓の脈動を改善できるか話すから」

彼らは他の海棲生物をリバース・エンジニアリングしたいとも望んでいる、とパーカーは話す。「みんな準備万端で、一匹のタコを注文中だ」

Nature News
Artificial jellyfish built from rat cells
Ed Yong, 22 July 2012
Nature doi:10.1038/nature.2012.11046

原論文
Janna C Nawroth, et al. 2012.
A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion
Nature Biotechnology (2012) doi:10.1038/nbt.2269 Published online 22 July 2012
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