インドの科学者たちが人間の脳幹の最も詳細な3Dアトラスを作成

インドの科学者たちは、人間の脳幹の細胞レベルでの解像度を持つ、世界で最も詳細な3次元アトラスを作成しました。このデジタルマップは、MRIスキャンから個々の神経細胞まで、シームレスな移動を可能にし、神経科学における大きなギャップを埋める重要な一歩となると期待されています。 Anchor（Atlas of Neurochemical Characterisation of the Human Brainstem with 3D Reconstruction）と名付けられたこのアトラスは、胎児、子供、成人の脳から採取された500以上の組織切片を組み合わせて作成されました。高解像度の顕微鏡画像に基づいており、200以上の脳細胞クラスターと神経経路を特定しています。8つの化学マーカーが異なる細胞タイプを区別するのに役立ち、この生命維持に不可欠でありながら理解が遅れていた脳の部分の、これまでで最も鮮明な画像の一つを生み出しています。 脳幹は脳のほんの一部を占めるに過ぎませんが、生命を維持しています。脳と脊髄をつなぎ、呼吸、心拍、睡眠、覚醒、運動を制御しています。その中の微小な細胞クラスターへの損傷は壊滅的な結果をもたらす可能性がありますが、この領域の高密度な構造は、詳細なマッピングの試みを長らく困難にしてきました。 Anchorの重要性は、単に別の解剖学的マップを作成したことにあるのではなく、これまで大きく隔てられてきた2つの世界、すなわち脳全体を示す医療画像と、細胞単位で明らかにする細胞病理学を結びつけたことにあります。 タタ基礎研究所のインド人神経科学者Shubha Tole氏は、「インドを国際的なテーブルにつかせる、先見の明のあるプログラムを見ている」と述べ、このプロジェクトを工学、神経科学、医学の「前例のない統合」と評しています。 医師は通常、剖検時または神経手術中に採取された組織で脳全体を検査することから始めます。成人の脳は約1.2〜1.5kgの重さがあり、そのしわや主要な構造は、顕微鏡検査が始まる前に重要な手がかりを与える可能性があります。 ハーバード医科大学およびニューヨーク大学に所属し、SGBCチームと協力したRebecca Folkerth氏は、「病理医として、私は顕微鏡で小さな部分を見る前に、まず脳全体を目で検査することから始めます」と述べています。「アルツハイマー病の場合、臓器全体のほんの数パーセントに過ぎない15〜20枚の切片しか検査しないこともあります。」 これは、1世紀以上前のスペインの神経科学者Santiago Ramón y Cajalの先駆的な仕事以来の慣習でした。現代のMRIは脳全体を明らかにしますが、細胞レベルの詳細には欠けます。顕微鏡は個々の細胞を明らかにしますが、それは孤立したスライスでのみです。 30年以上にわたり数千もの脳を検査してきたFolkerth氏はBBCに対し、「インドのセンターが作成したものは、本質的に私がキャリアの初期に夢見ていたものです。脳のスキャンが脳の微細解剖学と一致することです」と語っています。 Anchorはこのギャップを埋めようとしています。ユーザーは、MRIスキャンで見た脳幹全体から個々のニューロンまで、正確な空間的関係を維持しながらズームインできます。研究者たちは、このアトラスをオンラインで無料で公開しており、世界中の神経科学者、神経内科医、神経外科医の参考ツールとなることを期待しています。 その応用は解剖学をはるかに超える可能性があります。健康な脳幹のマップと疾患組織を比較することで、科学者はパーキンソン病や脳卒中からアルツハイマー病や乳幼児突然死症候群（SIDS）に至るまで、さまざまな疾患をより良く理解できるようになるかもしれません。より正確なマップは、神経外科医が脳の最も繊細な領域の一つをより自信を持ってナビゲートするのに役立つ可能性もあります。 Anchorは診断ツールではありません。むしろ、その最大の価値は、それが解明に役立つ可能性のある質問にあります。 著名なニューヨークのコールドスプリングハーバー研究所の脳科学者であり、客員教授としてIITマドラスの人類脳組織学プログラムの設計と設立を支援したPartha Mitra氏は、このような詳細な脳アトラスは、アルツハイマー病や自閉症などの病状の影響を受けた脳が健康な脳とどのように異なるかを細胞単位で明らかにすることで、神経疾患の研究に「変革的な影響」を与える可能性があると述べています。 Mitra氏はBBCに対し、これらのアトラスは、COVID-19を含む感染症が長期的な神経学的損傷をどのように引き起こすかを説明するのにも役立つ可能性があると語っています。脳卒中を例に挙げ、Folkerth氏は、このアトラスが、損傷を受けているがまだ修復不可能な脳組織を医師が保存するのに役立つ可能性のある新しい特徴を発見したと述べており、患者の転帰を改善する可能性があります。他の科学者たちは、このアトラスが神経外科医が脳幹をより安全にナビゲートするのに役立つ可能性もあると述べています。 このアトラスの魅力の一部は、そのシンプルさにあります。死後脳組織の薄いスライスから高解像度画像で構築されたこのアプローチは、詳細な細胞レベルのマッピングを手頃な価格で実現しています。Mitra氏によると、これにより、前例のない規模で人間の脳幹をマッピングすることが可能になりました。 この成果は、神経科学における広範な変革を反映しています。そこでは、進歩は生物学だけでなく、工学と計算にも同様に依存するようになっています。 約20人の科学者がSGBCで18ヶ月を費やし、200以上の脳切片を分析し、MRIスキャン、顕微鏡解剖学、3D再構築を単一のデジタルアトラスに統合しました。現在、このセンターには200人以上の研究者、エンジニア、技術者が世界中の協力者と協力して働いています。 その結果、神経科学における驚くべきギャップに対処するのに役立っています。 SGBCの責任者であるMohanasankar Sivaprakasam氏はBBCに対し、科学者たちはいくつかの動物種の脳を驚くほど詳細にマッピングしてきましたが、詳細なヒト脳組織の研究が乏しいため、ヒトの脳は比較するとまだ十分にマッピングされていないと述べています。 これは、科学者に脳アトラスがなかったという意味ではありません。「異なるアトラスは異なることをします」とMitra氏は述べています。 MRIベースのアトラスは脳の広範な構造を捉えますが、個々の細胞は捉えません。組織スライスの顕微鏡画像を使用した組織学的アトラスは、細胞解像度でその構造をマッピングします。新しい分子アプローチは、各細胞の正確なアイデンティティを特定することで、さらに一歩進んでいます。 しかし、科学者はまだ、脳の約20,000のタンパク質が異なる領域や細胞タイプにどのように分布しているかについてはほとんど知りません。これは、次世代の脳マッピングを定義する可能性のあるフロンティアです。 Folkerth氏は、「すべての脳は、新しい知識の宝箱です」と述べています。 SGBCは現在、アルツハイマー病や認知症を含むさまざまなライフステージや神経疾患における100以上のヒト脳全体の画像を撮影する計画であり、疾患が脳を細胞単位でどのように再形成するかを明らかにする参照ライブラリを作成します。新しいアトラスは人間の脳の謎をすべて解決するわけではありません。しかし、科学者にずっと詳細な地図を与えることで、より良い質問を尋ね、最終的に答えるのを助けるかもしれません。