ノーベル賞の成果への投資 – ニューロンと脳の構造

ノーベル賞の歴史

ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に人類に最大の利益をもたらした者に対し、物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で賞を授与することを目的として創設されました。後にスウェーデン中央銀行によって経済科学の第六賞が設けられました。

賞の受賞者を決定する権限は、複数のスウェーデンの学術機関に属しています。

遺産に関する懸念

ノーベル賞を創設する決断は、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことから生まれました。フランスの新聞が彼の兄の死を誤って報じ、「死んだ死の商人」と題した記事で、ノーベルが無煙爆薬、特にダイナマイトの発明で非難されました。

彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を購入して主要な兵器メーカーに転換しました。化学者、技術者、発明家としての経歴を持つノーベルは、戦争や他者の死によって富を得た人物としての遺産を残したくないと考えました。

ノーベル賞

現在、ノーベル財団と金メッキされた緑金メダル、証書、1,100万スウェーク（約100万米ドル）の賞金を賄うために、ノーベル財産は投資基金として運用されています。

出典： Britannica

ノーベル賞の賞金は、特に科学分野で2人または3人の主要研究者が共同または平行して画期的な発見に貢献した場合、複数の受賞者に分配されることがよくあります。

長年にわたり、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとし、現代世界の基礎を築いた業績に報いるようになりました。例えば、放射能、抗生物質、X線、PCR、そして太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性などが挙げられます。

私たちの脳を理解する

人間の心と動物の知能は何千年もの間、哲学的議論の対象でした。長い間、支配的な見解は意見や先入観に左右されていました。

近代神経科学の台頭により状況は変わりました。ニューロンの発見と電気信号を伝達する能力が明らかになると、個々のニューロンを研究して複雑な精神メカニズムを説明するという考えが現実味を帯びました。

これに動物実験と実験心理学が組み合わさり、脳の機能に関する真の洞察が得られました。

2000年に「神経系におけるシグナル伝達」の研究がノーベル医学賞を受賞しました。神経学はこの権威ある賞で何度も表彰されており、2021年のノーベル医学賞は「温度と触覚の受容体の発見」のために授与されました。

しかし、さらに印象的な発見は2014年ノーベル医学賞「脳内に位置情報システムを構成する細胞の発見」の対象となった研究です。本質的に、環境の精神的マッピングが脳の特定部位に実際のニューロンマップとして存在することが明らかになりました。

この賞の半分はジョン・オーキーフに、残りの四分の一はメイ＝ブリット・モーザーと夫エドヴァルド・I・モーザーに授与されました。

出典： Nobel Prize

場所感覚を創り出す

脳が半意識的な思考を通じて場所と出来事を結びつけられるという最初の概念は、実験心理学者エドワード・トールマンによって提唱されました。

動物を観察したトールマンは、1948年に動物が場所と出来事を精神的に結びつけ、場所をナビゲートし、無関係な位置を精神的に結びつける「精神的地図」を作ると仮説を立てました。

この考えは正しいことが後に証明されましたが、脳活動自体を研究するためにはより高度な手法が必要でした。

ジョン・オーキーフは生理心理学の訓練を受けており、生物学的構造が精神現象に与える影響を研究していました。1960年代後半、彼はラットの脳内ニューロン活動を、動きと位置に関連付けて、埋め込みマイクロワイヤーで測定し始めました。

出典： Research Gate

この高度な測定法により、動物が自由に移動しているときの脳活動を自然な行動パターンとして研究できました。

それまでの研究者が海馬活動を記録する際、制限された行動課題や厳格な刺激応答プロトコルに限定していたのに対し、オーキーフの研究は独自性がありました。

その結果、ラットの海馬に「場所細胞」と呼ばれるニューロン群が存在することを発見しました。場所細胞は多くの記憶関連メカニズムの物理的な位置として知られています。

出典： Nobel Prize

海馬と場所細胞

海馬は1950年代から記憶に関わる機能の中心とされてきました。たとえば、ヒト患者で両側海馬が失われると深刻な記憶障害が生じます。

新しい記憶を符号化する能力が失われる一方で、既存の記憶は引き出せるという現象が見られます。また、ロンドンのタクシードライバーは何千もの通りをナビゲートするための徹底的な訓練を受け、その過程で対照群よりも海馬容積が大幅に増大することが知られています。

オーキーフは、動物が特定の場所にいるときに場所細胞が活性化することを発見しました。系統的なテストにより、これは特定の刺激（例：色や食べ物）への反応ではなく、動物がその位置にいるときにのみニューロンが発火し、離れると止まることが示されました。

各場所細胞は特定の位置に特化しているわけではなく、環境全体が特定の組み合わせの場所細胞を同時に活性化し、複雑な座標系を形成します。

場所細胞に関するさらなる発見

さらに掘り下げると、オーキーフはラットが新しい環境に曝露されると場所細胞の活動パターンが再配置され、習得されたパターンは持続することを発見しました。これにより、場所細胞が記憶の細胞基盤を形成していると理論付ける根拠が得られました。

「細胞マッピング」という概念は当初論争を呼びましたが、やがて広く受け入れられ、記憶の生理学的基盤へのさらなる探求への道を開きました。新たなニューロンタイプの発見と正確な位置情報への注目が、空間記憶の仕組みを解く鍵となります。

世界をマッピングする脳のグリッド

場所細胞の発見は海馬中心の空間記憶研究に焦点を当てましたが、海馬への刺激の大半は背側脳辺縁皮質（エンコーテン）から来ています。この領域がメイ＝ブリットとエドヴァルド・モーザー夫妻の研究対象となりました。

出典： Bright Focus

従来の研究では、エンコーテンが海馬の場所細胞と類似した特性を持つ細胞を含むことが示されていましたが、モーザー夫妻はこの領域で全く新しい細胞「グリッド細胞」を発見しました。

グリッド細胞の六角形パターン

グリッド細胞は特定のノードに配置され、非常に規則的な六角形パターンを形成します。このようなグリッドパターンは脳内で前例がなく、偶然ではなく複雑なネットワーク活動によって厳密に制御されたプロセスであることがすぐに明らかになりました。

出典： Nobel Prize

さらに興味深いことに、グリッド細胞は頭方向細胞と境界細胞、そして頭方向と境界機能を同時に持つ細胞からなるネットワークに埋め込まれていることが分かりました。

頭方向細胞はコンパスのように機能し、動物の頭が特定の方向を向いたときだけ活性化します。一方、境界細胞はラットが壁や障害物に接触したときに活性化します。

モーザー夫妻は、グリッド細胞、頭方向細胞、境界細胞がすべて海馬の場所細胞へ神経接続を投射していることも発見しました。

このように、モーザー夫妻とオーキーフのさらなる研究により、場所細胞の「座標系」はグリッド細胞と境界細胞によって活性化・調整され、2層構造の複雑なシステムで実際の物理環境をニューロン上にマッピングすることが示されました。

出典： Nobel Prize

すべての哺乳類に保存されたメカニズム

主に実験コストと倫理的理由からラットで行われた研究ですが、場所細胞とグリッド細胞に関する知見は他の哺乳類、さらにはヒトにも当てはまると考えられています。

ヒトでは2003年に場所様細胞が、2010年にグリッド様細胞が確認され、進化を通じてこのシステムが保存されていることが示唆されました。哺乳類全体で海馬‑エンコーテン構造が高度に保存されていることは驚きではなく、非哺乳類の脊椎動物でも類似した海馬様構造が見られ、非常に古くから保存されたメカニズムであることが示唆されます。

場所細胞にエンコードされた位置記憶は睡眠中に「リプレイ」され、パターンの統合と長期記憶の保存に寄与すると考えられています。

これらの発見は、ニューロンレベルでの位置記憶と脳活動を説明する堅固な基盤を提供します。

応用

脳の複雑さを解き明かす

本研究は脳の基本機能に関するものですが、他のノーベル賞受賞研究と同様に多くの潜在的応用があります。脳は血液脳関門により多くの化学的・バイオテクノロジー的治療が届きにくく、極めて複雑な臓器です。活動の大半が一過性の電気信号であり、化学シグナルはニューロンのシナプスインターフェースに限られます。

例えば、ブラックホール形成に関する研究でノーベル賞を受賞したペンローズは、意識が量子現象から生じる可能性を指摘しています。この考えはニューロンの微小管からの量子効果の発見により裏付けられました。

したがって、脳を標的とした治療は、記憶、意識、知覚がどのように脳内で生成・処理されるかについて深い理解が必要です。

臨床的ニーズ

記憶喪失は、加齢性認知症やアルツハイマー病など多くの神経変性疾患の最初で最も問題となる症状の一つです。オーキーフとそのチームは、アルツハイマー動物モデルにおいて場所細胞の劣化が空間記憶の劣化と相関していることを実証しました。

海馬形成はアルツハイマー病で最初に影響を受ける構造の一つであるため、脳メカニズムの深い理解は新たな治療オプションをもたらす可能性があります。

神経学への投資

神経学は現在、最も先進的な生物学・医学分野の一つです。高齢化に伴い、加齢性の心理・脳疾患が増加しているため、その重要性は高まっています。

本稿では、”次のブロックバスター治療：神経疾患の治癒“において、製薬セクターの「次なる大きな波」となる可能性を詳述しました。

また、イーロン・マスク関連のNeuralink「脳チップ」など、最先端技術の焦点でもあります。

出典： Neuralink

神経学関連企業への投資は多数のブローカーを通じて可能であり、securities.ioでは米国ベストブローカー、カナダベストブローカー、オーストラリアベストブローカー、英国ベストブローカー、その他多数の国の情報をご提供しています。

特定企業の選定に興味がない場合は、iShares Neuroscience and Healthcare ETF (IBRN)やTema Neuroscience and Mental Health ETF (MNTL)などのバイオテックETFを検討すると、神経学関連株への分散投資が可能です。

神経学企業

1. BrainStorm Cell Therapeutics

すべての神経学バイオテック企業が新薬に依存しているわけではありません。中には幹細胞療法で患者の神経系に新しい細胞を直接追加し、脳を修復しようとする企業もあります。

BrainStorm Cell Therapeuticsは、幹細胞を用いて神経疾患の損傷を治癒または軽減する戦略を採っています。

同社は自社の自家細胞技術プラットフォーム（NurOwn®）を使用し、患者の骨髄細胞を取り出してニューロンやその他の神経細胞に変換します。このプロセスはわずか7日で完了します。

このプロセスで生成された神経細胞は患者自身の遺伝コードを持つため、移植細胞の不適合や拒絶リスクが排除されます。

出典： Brainstorm Cell

BrainStormは多発性硬化症、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、または自閉症スペクトラム障害などの神経疾患に注力しています。

ALS治療は第3相試験に唯一残っており、早期に使用すれば疾患進行を遅らせる可能性があるという予備結果が示唆されています。

出典： Brainstorm Cell

遠い将来、BrainStormが開発するこの療法は、損傷した細胞を「再生」し、場所細胞、グリッド細胞、境界細胞などの超特殊化ニューロンに焦点を当てることが想像できます。

2. BICO Group AB (BICO.ST)

脳と神経を研究する一つの方法は、脳オルガノイドを使用することです。これらの人工的に作られたミニ脳は、ラボでニューロンが治療にどのように反応するかを再現し、実際の脳に対する治療法の開発を支援します。

この仕組みと最新の進展については、”Meaningful Steps Toward Organoid Intelligence Being Taken“で詳しく議論しました。

最近、ウィスコンシン大学マディソン校の研究者が、はるかに複雑な脳オルガノイドを3Dプリントしました。彼らはCellinkバイオプリンターを使用し、神経科学研究におけるこの機械の新たな可能性を開きました。

出典： Cellink

2021年にCellinkはBICO Groupに名称変更され、2019年にCytena、2020年にScienionを買収しました。

Cellinkはバイオプリンティング部門のブランド名のまま残っており、3Dプリンティング手法を再利用してオンデマンドで3D組織や臓器を作ることが目的です。（このトピックに関する議論は「3D Printing Human Organs – How Realistic Is It?」で読むことができます。）

バイオプリンティングは事業の約1/5を占め、バイオサイエンス自動化部門が収益の3/5以上を生み出しています。

出典： BICO Group AB

同分野で唯一の企業ではありませんが、Cellinkは非常に先進的なバイオプリンティング機器メーカーです。Zhang博士がこれらの機械を用いて達成した成果は、神経学研究における可能性を示していますが、現時点では神経学での利用はほとんどありません。

長期的には、バイオプリンティング企業は研究者向けツールの提供から、製薬会社向けのバイオプリンティング治療薬の供給者へと進化する可能性があります。これにより、使用されるバイオプリンターの数と、毎月販売される消耗品の量が大きく変化します。

これは、PacBio（PACB）やIllumina（ILMN）といったゲノムシーケンシング機器メーカーが、消耗品の継続的な販売で収益の80％を占めているのと同様のプロセスです。