論文まとめ274回目 SCIENCE 革新的な材料で手術後の合併症をリアルタイム・非接触で検出！？など
科学・社会論文を雑多/大量に調査する為、定期的に、さっくり表面がわかる形で網羅的に配信します。今回もマニアックなSCIENCEです。
さらっと眺めると、事業・研究のヒントにつながるかも。
世界の先端はこんな研究してるのかと認識するだけでも、
ついつい狭くなる視野を広げてくれます。
一口コメント
Axonal self-sorting without target guidance in Drosophila visual map formation
ショウジョウバエの視覚マップ形成における目標ガイダンスなしの軸索自己整列
「ショウジョウバエの脳では、神経細胞が他の細胞を目指して成長する代わりに、自分たちだけで秩序だったネットワークを形成することができます。」
Milk provisioning in oviparous caecilian amphibians
卵生有尾目両生類におけるミルク供給
「哺乳類だけだと思われていた子供へのミルクの提供が、意外にも特定の両生類でも行われていることが判明しました。」
Bioresorbable shape-adaptive structures for ultrasonic monitoring of deep-tissue homeostasis
深部組織の恒常性を超音波モニタリングするための生体吸収可能な形状適応構造
「体内のPH変化を見ることで、お腹の手術後に起こり得るリスクを早期に察知できるスマートなセンサーを開発しました。」
Induction of durable remission by dual immunotherapy in SHIV-infected ART-suppressed macaques
ART制御下のSHIV感染マカクにおける二重免疫療法による長期寛解の誘導
「エイズウイルスに対抗するスーパーヒーロー的治療法の開発に成功しました。この方法は、体内の防御システムを賢く活用して、ウイルスを長期間抑え込むことができます。」
Prophage proteins alter long noncoding RNA and DNA of developing sperm to induce a paternal-effect lethality
予言子蛋白が発達中の精子の長鎖非コーディングRNAとDNAを変化させ、父性効果による致死性を誘発する
「昆虫の父性効果による不妊を引き起こす、隠れた微生物の力を解明しました。」
要約
ショウジョウバエの視覚マップ形成では、目標神経細胞なしでも軸索が自己組織化する
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk3043
軸索の経路探索と脳の配線がどのように決定されるかは、発達中の神経回路の形成を理解する上で重要です。この研究では、成長中のショウジョウバエの視覚系を通じて、数千の軸索が複雑な配線パターンをどのように形成するかを調査しました。
事前情報
軸索の成長過程での目標への誘導は、一般に神経回路の配線において中心的な概念とされてきました。
行ったこと
目標となる層の神経細胞を取り除いても、正しい軸索の成長が妨げられないことを示しました。
検証方法
ショウジョウバエの幼虫期における軸索の成長コーンのダイナミクスを実時間イメージングし、データ駆動型のダイナミクスシミュレーションを行いました。
分かったこと
軸索成長コーンが動的なフィロポディアメッシュワークを生成し、これによって成長方向が決定されることが明らかになりました。
この研究の面白く独創的なところ
軸索の成長と配線が、目標神経細胞に依存するのではなく、自己組織化によって行われることを発見した点です。
この研究のアプリケーション
脳の配線が自己組織化によって行われる可能性があることを示し、他の生物系でも同様の現象が起こるかどうかを調査する道を開きました。
著者と所属
Egemen Agi, Eric T. Reifenstein, Charlotte Wit, Teresa Schneider, [...], P. Robin Hiesinger +4 authors
更に詳しく
この研究では、ショウジョウバエの発達中の視覚系に焦点を当て、数千にも及ぶ軸索が目標神経細胞への直接的な誘導なしにどのようにして複雑な配線パターンを形成するかを解明しました。従来、神経回路の形成において、軸索が成長し目標細胞へと誘導される過程は、目標細胞からの特定の化学的シグナルによって大きく影響を受けると考えられていました。しかし、この研究では、軸索がそのような外部からの指示なしに自己組織化する能力を持つことを発見しました。
具体的には、研究チームはショウジョウバエの視覚系において、目標となる層の細胞を全て除去する実験を行いました。通常、これらの目標細胞は軸索の成長方向を指示する役割を果たすと考えられていますが、実験の結果、目標細胞の存在なしにも軸索は正しい配線パターンを形成することが明らかになりました。この結果は、軸索が自らの成長方向を決定するための情報を内在しており、外部からの直接的な指示を必要としないことを示唆しています。
研究ではさらに、軸索の成長先端である成長コーンが、互いに絡み合う複数のフィロポディア（微細な突起）を展開する様子を高解像度で観察しました。これらのフィロポディアは、目標を探索するのではなく、互いに動的なネットワークを形成し、そのネットワークを通じて成長方向が決定されるという、自己組織化に基づくメカニズムが提案されました。このメカニズムにより、軸索は外部の目標細胞からの具体的な指示がなくても、整然とした配線パターンを自発的に形成することができます。
この発見は、軸索の経路探索と脳の配線形成に関する従来の理解に挑戦し、神経回路が形成される過程において自己組織化が果たす役割を浮き彫りにしました。神経科学の分野において、この研究は、発達中の脳における軸索の経路探索と配線形成のメカニズムを再考するきっかけを提供しています。
卵生の有尾目両生類が子育ての一環として「ミルク」を提供する現象を発見
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi5379
哺乳類だけでなく、卵生の有尾目両生類でも母親が子供に栄養豊富な「ミルク」を提供する行動が観察されました。
事前情報
子供への「ミルク」供給は、哺乳類独特の特徴と長らく考えられてきました。
行ったこと
卵生の有尾目両生類が、どのようにして子供に「ミルク」を供給するかを研究しました。
検証方法
特定の有尾目両生類の母親と子供の間の「ミルク」供給行動を観察し、分析しました。
分かったこと
母親の有尾目両生類は、触覚や聴覚の刺激に反応して、子供に対して特定の体部から「ミルク」を提供します。
この研究の面白く独創的なところ
哺乳類以外の生物が類似の栄養供給行動をとることが明らかになった点です。
この研究のアプリケーション
生物学や生態学において、種間での栄養供給メカニズムの多様性を理解する上で重要な意味を持ちます。
著者と所属
Pedro L. Mailho-Fontana, Marta M. Antoniazzi, Guilherme R. Coelho, Daniel C. Pimenta, [...], Carlos Jared +3 authors
革新的な材料で手術後の合併症をリアルタイムで検出
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk9880
この研究は、手術後の合併症を早期に発見するための新しい技術について述べています。体内でPHの変化を感知し、超音波でその情報を外部に伝える生体吸収可能な材料を開発しました。
事前情報
手術後の消化管からの漏れは致命的になり得るが、その早期発見は困難です。
行ったこと
Liuらは、pHに反応する生体吸収可能な材料からなるデバイスを開発しました。
検証方法
小動物と大動物（豚を含む）のモデルを用いて、このデバイスの機能を検証しました。
分かったこと
このデバイスは、消化管手術後の早期の合併症検出に有効であり、使用後は体内で自然に吸収されるため、追加の手術で取り出す必要がありません。
この研究の面白く独創的なところ
手術後のリスクを非侵襲的にリアルタイムでモニタリングできる点と、使用後に自然に体内で解消される点です。
この研究のアプリケーション
消化管手術後の患者の早期の合併症検出に利用できます。
著者と所属
Jiaqi Liu, Naijia Liu, Yameng Xu, Mingzheng Wu, Haohui Zhang, Yue Wang, Ying Yan, Angela Hill, Ruihao Song, Zijie Xu, Minsu Park, Yunyun Wu, Joanna L. Ciatti, Jianyu Gu, Haiwen Luan, Yamin Zhang, Tianyu Yang, Hak-Young Ahn, Shupeng Li, Wilson Z. Ray, Colin K. Franz, Matthew R. MacEwan, Yonggang Huang, Chet W. Hammill, Heling Wang, John A. Rogers
この研究では、手術後の患者の体内で発生するpHの変化を検出し、これをリアルタイムで外部に超音波信号として伝えることが可能な、生体に優しい新しい材料の開発に成功しました。開発されたデバイスは、小さな生体吸収可能な金属ディスクとpHに反応するハイドロゲルで構成されており、手術で直接植え込むか、または注射で体内に入れることができます。これらのディスクは、手術後に消化管などからの漏れが発生した場合、体内のpHが変化するのを感知します。このpHの変化は、超音波機器を使用して外部に伝えられ、医療従事者が迅速に対応できるようにします。
この技術の最大の利点は、漏れなどの合併症が発生するとすぐにそれを検出できることにあります。これは特に重要で、手術後の初期の段階で起こる問題を早期に発見することができれば、患者の回復率を高め、致命的なリスクを減少させることが可能になります。さらに、これらの材料が体内で自然に吸収されるため、デバイスを取り除くための追加の手術が不要となる点も大きなメリットです。これにより、患者の負担が軽減され、回復過程がよりスムーズになります。この研究は、医療分野において非侵襲的で効果的なモニタリング方法を提供するものであり、手術後の患者ケアの質を大幅に向上させる可能性を秘めています。
HIV感染の長期コントロールに光を当てた新たな免疫療法
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf7966
この研究は、抗レトロウイルス療法（ART）によって抑制されているが、潜在的なウイルスの貯蔵庫を完全には除去できないHIV感染症に対して、新たな二重免疫療法が長期的なウイルスコントロールを達成できることを明らかにしました。
事前情報
ARTはHIV感染を管理する効果的な手段ですが、潜在的なウイルス貯蔵庫の完全な撲滅には至っていません。
行ったこと
Limらは、広範囲に中和する抗体と、自然キラー細胞とCD8+ T細胞を活性化・拡大させる可溶性インターロイキン15スーパーアゴニストを使用して、ARTを中止した後のSIV-HIVキメラウイルスに感染したリーサスマカクを治療しました。
検証方法
N-803（Anktivaとして知られる）と広範囲に中和する抗体（bNAbs）の組み合わせ治療を施し、ART中断後の持続的ウイルスコントロールを目指しました。
分かったこと
この組み合わせ治療により、治療されたマカクの約70%で長期的なウイルスコントロールが達成され、完全なウイルス貯蔵庫の撲滅なしにARTの中断後の持続的寛解の誘導が可能であることが示されました。
この研究の面白く独創的なところ
二重免疫療法によってCD8+ T細胞が再プログラミングされ、これが長期的なウイルスコントロールの鍵となる点です。
この研究のアプリケーション
HIV感染症の長期コントロールに向けた新たな治療戦略の提案として、臨床応用に大きな期待が寄せられています。
著者と所属
So-Yon Lim, Jina Lee, Christa E. Osuna, Pratik Vikhe, [...] James B. Whitney +22 authors
更に詳しく
この研究では、HIV感染症の治療法として、既存の抗レトロウイルス療法（ART）に加えて、二つの免疫療法を組み合わせるアプローチが採られました。この組み合わせ治療には、広範囲にわたるHIV-1エンベロープに対する中和抗体（bNAbs）と、自然キラー細胞やCD8+ T細胞の活性を高めることができる可溶性インターロイキン15スーパーアゴニスト（N-803、商品名Anktiva）が使用されました。この治療は、ARTを停止した後のSIV-HIVキメラウイルス（SHIV-AD8）に感染しているリーサスマカクを対象に実施されました。
研究の結果、この二重免疫療法は、ARTを中止した後も、感染したマカクの約70％でウイルスが長期間にわたって効果的にコントロールされることを示しました。特に注目すべきは、この治療によって引き起こされたCD8+ T細胞の再プログラミングとそれに伴う強化された免疫応答で、これが長期的なウイルスコントロールの重要な要因となりました。しかし、この治療法ではSHIV貯蔵庫の大幅な減少は見られず、治療中には一時的なウイルス血症が観察されましたが、これは治療の効果を損なうものではありませんでした。
この研究の重要な発見は、HIV感染の持続的な寛解を達成するために、潜在的なウイルス貯蔵庫を完全に排除する必要が必ずしもないことを示唆しています。また、ARTの中断後も継続的なウイルスコントロールを可能にする新しい治療戦略の開発に向けた道を開いています。この発見は、HIV治療に関する従来の考え方に挑戦し、将来的な臨床応用に大きな期待が寄せられています。
昆虫の進化と制御に影響を与える細菌遺伝子の力
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk9469
この研究は、特定の細菌由来のタンパク質が、昆虫の精子の発達過程でDNAと長鎖非コーディングRNAに変化を引き起こし、これが結果的に胚の発達を妨げる父性効果の致死性をもたらすメカニズムを明らかにしました。
事前情報
多くの節足動物が共生細菌を持ち、その中には昆虫の雄の不妊を引き起こす能力を持つWolbachia株があります。
行ったこと
Kaurらは、Wolbachia内の予言子WOがコードするCifAおよびCifBタンパク質が、ショウジョウバエの精子の発達中にどのように作用して細胞の互換性の不一致を引き起こすかを研究しました。
検証方法
CifAおよびCifBタンパク質が精子のRNAとDNAにどのように影響を与えるかを調べ、その結果が胚の発達にどのように影響するかを分析しました。
分かったこと
CifAはリボヌクレアーゼとして機能し、精子の長鎖非コーディングRNAを枯渇させることにより、精子の発達に必要なヒストンからプロタミンへの変換を妨げます。CifAとCifBは両方ともDNAにニックを入れ、精子のDNAの完全性を損ないます。これらの変化は最終的に修復不可能な胚の損傷と不妊を引き起こします。
この研究の面白く独創的なところ
昆虫の精子発達において微生物由来のタンパク質がどのように重要な役割を果たしているかを明らかにしたことです。
この研究のアプリケーション
昆虫の進化研究や害虫管理戦略への応用が期待されます。
著者と所属
Rupinder Kaur, Angelina McGarry, J. Dylan Shropshire, Brittany A. Leigh, Seth R. Bordenstein
更に詳しく
この研究では、Wolbachia細菌に由来する特定のタンパク質、具体的には予言子WOからコードされるCifAとCifBが、昆虫の精子発達における重要な過程に介入し、その結果、胚発達の阻害につながる父性効果の致死性を引き起こすという発見をしました。CifAタンパク質はリボヌクレアーゼとして機能し、精子発達中に必要な特定の長鎖非コーディングRNAを枯渇させます。このRNAは精子のヒストンからプロタミンへの変換過程に必要不可欠で、この過程は精子の遺伝物質を非常にコンパクトにパッケージングするために重要です。CifAとCifBの両方がDNase活性を持ち、精子発達の後期段階でDNAに損傷を与えます。このDNA損傷は、精子のDNA完全性を損ない、胚発達が始まった後に修復不可能な損傷を胚に与えることで、結果的に不妊を引き起こします。
研究者たちは、この機序をさらに深堀りするために、長鎖非コーディングRNAのノックダウンが細胞質の不和合性（CI）を強化すること、また特定の変異がこのRNAの枯渇とそれに続く精子クロマチンの完全性変化、そして胚のDNA損傷とCIとの間の関連を確立することを示しました。これらの結果は、昆虫の進化における微生物の影響を理解する上で重要な一歩であり、害虫制御の新しい戦略を提供する可能性があります。Wolbachia細菌のこのような作用は、昆虫の繁殖生物学だけでなく、微生物と宿主の相互作用が生物進化に与える影響の理解を深めるものです。
最後に
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