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複雑な化学的プロセスを経て、科学者たちは実験室で汎用性の高い合成「サイボーグ」細胞を開発することに成功した。サイボーグ細胞は、分裂や成長する能力を持たないが、自然の細胞が生存できない環境でも生存でき、生きている細胞と同じような多くの特徴を備えている。

ここで、分裂や成長する能力を持たないという所が重要となる。人工細胞が有用であるためには、慎重に制御する必要があるが、実際の細胞と同じように増殖してしまうと、それが容易ではなくなってしまうからだ。

プレスリリースにあるように、この生きた細胞の機能を持ちながら複製ができないサイボーグ細胞は、治療薬の生産から汚染の浄化まで、幅広い応用が期待できる。

カリフォルニア大学デービス校の生物医学エンジニア、Cheemeng Tan氏は、「サイボーグ細胞は、プログラム可能で、分裂せず、必須の細胞活動を維持し、非ネイティブの能力を獲得します」と語っている。

Tan氏によると、現在の細胞工学は2つの主要なアプローチに基づいているとのことだ。1つは、すでに生きているバクテリアの細胞を採取し、そのDNAに新しい遺伝子を追加して新しい能力を持たせる方法である。もうひとつは、生体分子と合成膜を使ってゼロから人工細胞を作る方法である。

Tan教授とカリフォルニア大学デービス校の研究者たちは、第三の方法を開発した。彼らは、人工ポリマーの構成要素を生きたバクテリアの細胞に注入した。細胞内で紫外線を照射すると、ポリマーは架橋してハイドロゲルのマトリックスになった。細胞は生物学的には機能し続けることができるが、分裂することはできない。

「サイボーグ細胞はプログラム可能で、分裂せず、必須の細胞活動を維持し、非ネイティブの能力を獲得します」とTan教授は述べた。

研究者らは、過酸化水素や抗生物質、高pHへの曝露など、通常の細胞なら死んでしまうようなストレスに対しても、サイボーグ細胞は回復力があることを発見した。そして最終的には、実験室で育てたがん細胞にサイボーグ細胞を浸潤させることに成功したのである。

「サイボーグ細胞は、細胞代謝、運動性、タンパク質合成、遺伝子回路との適合性など、基本的な機能を維持します」と、研究チームは発表した論文で述べている。

組織サンプルを使った実験では、新しく開発された細胞はがん細胞に侵入することができた。このように改良された生物学的構成要素が、将来的には健康治療に使われる可能性があることが明らかになった。

この初期の結果が有望であるとしても、それはまだ先の話である。研究者らは現在、これらの細胞を作るためにさまざまな材料を用いて実験し、その利用法についても調査したいと述べている。

また、何が細胞の複製を止めているのか、正確には不明であり、これを明らかにする必要がある。著者らは、ハイドロゲルのマトリックスが、細胞の成長またはDNAの複製、あるいはその両方を阻害することによって、細胞分裂を停止させているのではないかと考えている。

研究チームは、サイボーグ細胞の作成と制御、およびさまざまなマトリックス材料の効果に関する追加研究を実施している。さらに、環境問題への対応から病気の特定や治療まで、さまざまな目的への利用法についても調査したいとしている。

「最後に、サイボーグ細胞は、細胞でも物質でもない細胞由来の生体材料であるため、その応用に関する生命倫理に関心があります」と、Tan教授は語っている。

論文

参考文献

研究の要旨

合成生物学において、天然細胞と人工細胞は共通の筐体である。天然細胞は、遺伝子合成によって複雑な機能を発揮することができるが、その自律的な複製は、生物医学的な応用においてしばしば安全性の懸念を引き起こす。一方、非複製材料を用いた人工細胞は、生化学的な複雑さは軽減されるものの、より明確で制御可能な機能を提供する。今回、著者らは初めて、物質と細胞のハイブリッド体であるサイボーグ細胞を作製した。サイボーグ細胞は、バクテリアの内部に合成高分子ネットワークを構築し、細胞分裂を不能にすることで作製される。サイボーグ細胞は、細胞の代謝、運動性、タンパク質合成、遺伝子回路との互換性など、基本的な機能を維持する。また、サイボーグ細胞は、自然の細胞であれば死んでしまうようなストレス要因に抵抗する新しい能力を獲得する。最後に、著者らは、がん細胞への侵入を示すことで、治療の可能性を示している。この研究は、細胞内の人工高分子と生細胞のタンパク質ネットワークとの相互作用を利用することで、細胞バイオエンジニアリングの新しいパラダイムを確立している。