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論文まとめ584回目 SCIENCE （シカゴ大学）脳を直接刺激することで、義手使用者に物体の形や動きを感じさせることに成功した画期的研究！？など

あらたま

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

Australopithecus at Sterkfontein did not consume substantial mammalian meat
アウストラロピテクスは哺乳類の肉を実質的には食べていなかった
「約350万年前に生きていたアウストラロピテクスという人類の祖先について、歯のエナメル質に含まれる窒素同位体を分析したところ、現代の草食動物と同じような値を示し、肉食動物とは大きく異なることが分かりました。これは、アウストラロピテクスが主に植物を食べていて、哺乳類の肉をほとんど食べていなかったことを示しています。この発見は、人類の脳の大型化が肉食によって引き起こされたという従来の仮説に疑問を投げかけています。」

Reconstitution of synaptic junctions orchestrated by teneurin-latrophilin complexes
テネウリン-ラトロフィリン複合体による神経シナプス接合部の再構成
「脳の神経細胞同士のつながり(シナプス)がどのように作られるのかを、純粋なタンパク質を使って試験管内で再現することに成功しました。特に、テネウリンとラトロフィリンという2つのタンパク質が、まるでジッパーのように組み合わさることで、シナプスの「のり」として働くことを発見。この研究は、脳の配線がどのように正確に形成されるのかを理解する大きな一歩となります。」

Tactile edges and motion via patterned microstimulation of the human somatosensory cortex
パターン化された大脳体性感覚野の微小刺激による触覚的な縁と動きの再現
「脊髄損傷により手の感覚を失った患者の脳に微細な電極を埋め込み、特殊なパターンで電気刺激を行うことで、義手で触れた物体の輪郭や動きを感じることができるようになりました。これは、まるでSF映画のような技術ですが、実際に患者さんは物体の形や動きをリアルタイムで感じ取ることができ、より自然な形で義手を使用できるようになりました。将来的には、より繊細な触覚を再現し、日常生活での義手の使用をさらに便利にすることが期待されています。」

Distinct myeloid-derived suppressor cell populations in human glioblastoma
ヒトグリオブラストーマにおける特徴的な骨髄由来抑制細胞集団
「脳腫瘍の一種であるグリオブラストーマの研究で、2つの特殊な免疫細胞(E-MDSCとM-MDSC)が見つかりました。これらの細胞は腫瘍の増殖を助け、通常の免疫反応を抑制します。特にE-MDSCは、腫瘍の幹細胞のような細胞と協力して働き、酸素の少ない環境でも生存できる能力を持っています。この発見は、新しい治療法の開発につながる可能性があります。」

Nonalloyed α-phase formamidinium lead triiodide solar cells through iodine intercalation
ヨウ素のインターカレーションによる非合金α相ホルムアミジニウム鉛トリヨウ化物太陽電池
「太陽電池の新材料として注目されるペロブスカイト結晶。その中でもFAPbI3という物質は高性能が期待されますが、不安定な結晶構造が課題でした。本研究では、ヨウ素を一時的に結晶に入れて安定な結晶を作り、その後ヨウ素を抜くという新しい方法を開発。これにより、24%以上という高い変換効率と、85度での1100時間以上の安定性を実現しました。他の添加物を使わずにこの性能を達成したのは画期的です。」

 要約

 アウストラロピテクスは主に植物を食べ、肉食はほとんどしていなかったことが歯のエナメル質分析から判明

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq7315

南アフリカのステルクフォンテイン遺跡から発見されたアウストラロピテクスの歯のエナメル質に含まれる窒素同位体を分析し、その食性を調査した研究。分析の結果、アウストラロピテクスの食性は現代の草食動物に近く、肉食動物とは大きく異なることが判明した。

事前情報

  • 人類の進化において、肉食への移行は脳の拡大など重要な進化的出来事の主要な要因と考えられてきた

  • しかし、200万年以上前の化石からはコラーゲンが失われており、従来の分析方法では食性を直接調べることができなかった

  • 歯のエナメル質に含まれる有機窒素は何百万年も保存され、分析が可能である

行ったこと

  • ステルクフォンテイン遺跡のMember 4層から出土したアウストラロピテクス7個体の歯のエナメル質を分析

  • 同時期の草食動物や肉食動物の歯も分析し比較

  • 窒素同位体比(15N/14N)と炭素同位体比を測定

検証方法

  • 歯のエナメル質から有機窒素を抽出

  • 質量分析計を用いて同位体比を測定

  • 現生の動物や化石試料との比較分析を実施

  • 統計解析によってデータの有意性を確認

分かったこと

  • アウストラロピテクスの窒素同位体比は現代の草食動物と同程度

  • 肉食動物とは大きく異なる値を示した

  • 食性は植物主体で、哺乳類の肉はほとんど食べていなかった

  • 季節によって食性が変化した可能性がある

研究の面白く独創的なところ

  • 歯のエナメル質の窒素同位体分析という新しい手法を用いて、350万年前の古人類の食性を直接的に解明

  • 肉食が人類の脳の拡大を促したという従来の仮説に再考を迫る重要な発見

  • 古人類の食性研究に新たな方法論を確立

この研究のアプリケーション

  • 他の古人類種の食性研究への応用

  • 人類進化における食性の役割の再検討

  • 古生態系の食物連鎖の解明

  • 考古学的手法との組み合わせによる古環境復元

著者と所属

  • Tina Lüdecke (マックスプランク化学研究所)

  • Jennifer N. Leichliter (マックスプランク化学研究所)

  • Dominic Stratford (ウィットウォーターズランド大学)

詳しい解説

本研究は、アウストラロピテクスの食性を歯のエナメル質に含まれる窒素同位体分析という新しい手法で調べた画期的な研究です。これまで、人類の進化において肉食への移行は脳の拡大などの重要な進化的特徴の主要な要因と考えられてきました。しかし、本研究の結果は、少なくともアウストラロピテクスについては、哺乳類の肉をほとんど食べていなかったことを示しています。これは、人類の進化における食性の役割について、従来の理解の見直しを迫る重要な発見です。

 シナプス接合部の形成メカニズムを試験管内で再現することに成功

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq3586

シナプス形成において重要な役割を果たすテネウリンとラトロフィリンの相互作用メカニズムを解明し、これらのタンパク質を用いてシナプス接合部を試験管内で再構成することに成功した研究。

事前情報

  • シナプス形成には特殊な接着分子が必要

  • テネウリンとラトロフィリンは重要なシナプス接着分子として知られている

  • これらの分子がどのように協調してシナプスを形成するかは不明だった

行ったこと

  • テネウリン3の必須ドメインの同定

  • テネウリン-ラトロフィリン複合体の形成メカニズムの解析

  • シナプス構造の試験管内再構成実験

検証方法

  • 生化学的解析による分子間相互作用の研究

  • 構造生物学的手法による複合体形成の観察

  • 再構成実験による機能的検証

分かったこと

  • テネウリン3は特定のドメインのみでシナプス形成が可能

  • テネウリンは二量体を形成してからラトロフィリンと結合する

  • 複合体形成により液-液相分離が誘導される

研究の面白く独創的なところ

  • シナプス形成を純粋な分子で再現した初めての例

  • テネウリンの二量体形成が必須であることを発見

  • 液-液相分離という新しい視点を導入

この研究のアプリケーション

  • 神経発達障害の理解と治療法開発への応用

  • 人工シナプス作製への応用

  • 新規創薬ターゲットの同定

著者と所属

  • Xuchen Zhang スタンフォード大学分子細胞生理学部門

  • Xudong Chen - スタンフォード大学分子細胞生理学部門

  • Thomas C. Südhof - スタンフォード大学分子細胞生理学部門

詳しい解説

本研究は、神経細胞間の情報伝達を担うシナプスの形成メカニズムを分子レベルで解明し、さらにそれを試験管内で再現することに成功した画期的な研究です。特に、テネウリン3というタンパク質が最初に二量体を形成し、その後にラトロフィリンと結合することで、シナプスの「足場」となる構造を作り上げることを明らかにしました。また、これらの分子が集まることで液-液相分離という現象を引き起こし、シナプスの特殊な構造を形成することも発見されました。この研究成果は、脳の発達障害の理解や治療法開発に新たな可能性を開くものです。

 脳を直接刺激することで、義手使用者に物体の形や動きを感じさせることに成功した画期的研究

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq5978

脳の体性感覚野に埋め込んだ電極アレイを通じて特殊なパターンで電気刺激を行うことで、物体の縁や曲線、動きの感覚を再現することに成功した研究です。これにより、義手使用者により自然な触覚フィードバックを提供することが可能となりました。

事前情報

  • 従来の脳刺激による触覚フィードバックは単純な感覚しか再現できなかった

  • 体性感覚野の仕組みについての詳細な理解が進んでいた

  • 触覚の自然な再現には複雑なパターン刺激が必要とされていた

行ったこと

  • 脊髄損傷患者の体性感覚野に電極アレイを埋め込み

  • 様々なパターンの電気刺激を行い、生じる感覚を評価

  • 物体の縁や曲線、動きを表現する刺激パターンを開発

検証方法

  • 被験者に異なる刺激パターンを与え、感じた感覚を報告してもらう

  • 物体の形状や動きの認識精度を測定

  • 刺激パターンと知覚される感覚の関係を分析

分かったこと

  • 特定のパターンで刺激することで、物体の縁や曲線を感じさせることができた

  • 刺激の時空間パターンを制御することで、動きの感覚を再現できた

  • 被験者は高い精度で異なる形状や動きを区別できた

研究の面白く独創的なところ

  • 複雑な触覚情報を脳刺激で再現できることを実証

  • 自然な触覚に近い感覚をリアルタイムで提供可能

  • 視覚フィードバックに頼らない触覚情報の提供を実現

この研究のアプリケーション

  • より高機能な義手の開発

  • 触覚フィードバック機能を持つリハビリテーション機器への応用

  • 仮想現実における触覚インターフェースの開発

著者と所属

  • Giacomo Valle シカゴ大学、チャルマース工科大学

  • Charles M. Greenspon - シカゴ大学

  • Robert A. Gaunt - ピッツバーグ大学

詳しい解説

この研究は、脳科学と工学の融合により、失われた触覚機能の回復を目指した画期的な成果です。研究チームは、体性感覚野の働きを深く理解し、それを模倣する電気刺激パターンを開発しました。これにより、単なる圧力や振動だけでなく、物体の形状や動きといった複雑な触覚情報を伝えることが可能になりました。この技術は、義手使用者のQOL向上に大きく貢献すると期待されています。また、この研究は神経科学の基礎研究としても重要な知見を提供しており、触覚情報処理の理解にも貢献しています。

 グリオブラストーマにおいて、2種類のMDSC(骨髄由来抑制細胞)が腫瘍増殖と免疫抑制に重要な役割を果たすことを発見

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm5214

ヒトグリオブラストーマにおける2種類の骨髄由来抑制細胞(MDSC)の特徴を解明し、これらの細胞が腫瘍の進行に重要な役割を果たすことを示した研究。

事前情報

  • グリオブラストーマは最も攻撃的な原発性脳腫瘍である

  • 従来の治療に抵抗性を示し、免疫チェックポイント阻害薬にも反応しにくい

  • 腫瘍内には多くのミエロイド細胞が存在するが、その役割は十分に解明されていなかった

行ったこと

  • 33例のグリオーマ患者から得た検体を用いて単一細胞RNA解析を実施

  • 空間的トランスクリプトーム解析により細胞の局在を確認

  • リガンド-受容体解析により細胞間相互作用を調査

検証方法

  • 単一細胞RNA シーケンシング

  • 空間的トランスクリプトーム解析

  • フローサイトメトリー解析

  • メタボローム解析

  • 免疫組織化学染色

分かったこと

  • IDH野生型グリオブラストーマに特異的な2種類のMDSC(E-MDSCとM-MDSC)を同定

  • E-MDSCは幹細胞様腫瘍細胞と共局在し、代謝活性が高い

  • 腫瘍細胞が分泌するケモカインによってE-MDSCが誘導される

  • E-MDSCは腫瘍細胞の増殖を促進する因子を産生する

研究の面白く独創的なところ

  • グリオブラストーマにおけるMDSCの詳細な特徴づけに初めて成功

  • 腫瘍細胞とMDSCの相互作用メカニズムを解明

  • 空間的トランスクリプトーム解析により細胞の局在を明らかにした

この研究のアプリケーション

  • MDSCを標的とした新規治療法の開発

  • 予後予測マーカーとしての活用

  • 免疫療法の効果を高めるための併用療法の開発

著者と所属

  • Christina Jackson ペンシルベニア大学医学部 神経外科

  • Christopher Cherry - ジョンズホプキンス大学医学部

  • Drew Pardoll - ジョンズホプキンス大学がん免疫療法研究所

詳しい解説

本研究は、グリオブラストーマにおける免疫抑制性細胞であるMDSCの役割を包括的に解明した画期的な研究です。特に、E-MDSCという新しい細胞集団が腫瘍の幹細胞様細胞と密接に関連して働き、腫瘍の進行を促進することを明らかにしました。この発見は、グリオブラストーマの新しい治療標的の特定につながる重要な知見となります。また、IDH変異の有無によってMDSCの動態が異なることも示され、より個別化された治療戦略の開発に貢献する可能性があります。

 ヨウ素の出し入れで高効率・高安定なペロブスカイト太陽電池を実現

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads8968

ヨウ素の挿入と脱離を利用して、高品質で安定なα-FAPbI3薄膜を作製する手法を開発。この方法で作製した太陽電池は24%以上の変換効率と優れた耐久性を示した。

事前情報

  • FAPbI3は単接合太陽電池材料として最も有望だが、光活性なα相が不安定

  • 従来は他のカチオンやアニオンを添加して安定化していたが、時間とともに相分離する問題があった

  • 添加物なしでα相を安定化する方法が求められていた

行ったこと

  • ヨウ素のインターカレーション（挿入）と脱離を利用した新しい結晶化プロセスを開発

  • このプロセスで作製したFAPbI3薄膜の特性評価

  • 太陽電池デバイスの作製と性能評価

検証方法

  • X線回折、ラマン分光法などによる結晶構造解析

  • 走査型電子顕微鏡による形態観察

  • 太陽電池性能の測定

  • 高温下での長期安定性試験

分かったこと

  • ヨウ素の挿入により、コーナー共有型のPb-I骨格形成が促進される

  • ヨウ素の脱離により、高品質な薄膜が得られる

  • 作製した太陽電池は24%以上の変換効率を達成

  • 85℃で1100時間以上動作させても性能が99%維持される

研究の面白く独創的なところ

  • ヨウ素という単純な物質の出し入れだけで高品質な薄膜を作製できる

  • 他の添加物を使わずに高い安定性を実現

  • 基礎科学的な知見と実用的な性能向上を両立

この研究のアプリケーション

  • 高効率ペロブスカイト太陽電池の実用化促進

  • 新しい薄膜作製プロセスの開発

  • 他のペロブスカイト材料への応用

著者と所属

  • Yu Zhang 北京大学材料科学工程学院

  • Yanrun Chen - 北京大学材料科学工程学院

  • Huanping Zhou - 北京大学材料科学工程学院

詳しい解説

本研究は、次世代太陽電池材料として注目されるペロブスカイト型半導体FAPbI3の課題を解決する画期的な成果です。従来、FAPbI3は高い変換効率が期待される一方で、光活性なα相が不安定という問題がありました。これを解決するため、ヨウ素を一時的に結晶構造に取り込み、その後取り除くという独創的な方法を開発しました。この過程で、ヨウ素の存在がPb-I骨格の形成を促進し、その後の脱離により高品質な薄膜が得られることを見出しました。この方法で作製した太陽電池は、24%以上という高い変換効率と、85℃での1100時間以上という優れた耐久性を示しました。特筆すべきは、これらの性能を他の添加物を使わずに実現したことです。

最後に
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