2025年9月10日
蝸牛の生息環境を模倣するのに役立つ特別に設計された部屋蝸牛の生息環境を模倣するのに役立つ特別に設計された部屋（クレジット：クリス・タガート）
2025年8月に亡くなる直前、ロックフェラー大学感覚神経科学研究所のA・ジェームズ・ハドスペス博士と彼のチームは、画期的な技術革新を達成しました。蝸牛のごく一部を体外で生かし、機能させるという、初めての試みです。この新しい装置により、彼らは蝸牛の驚異的な聴覚能力、すなわち卓越した感度、鋭敏な周波数調整、そして幅広い音の強度をエンコードする能力といった、その生体力学をリアルタイムで捉えることができました。
「これまでは不可能だった、聴覚プロセスの最初のステップを制御された方法で観察できるようになりました」と、ハドスペス研究室の博士研究員で共同筆頭著者のフランチェスコ・ジャノーリ氏は言う。
最近の 2 つの論文 (それぞれPNASおよびHearing Researchに掲載) に記載されているこの革新は、聴覚の分子および神経メカニズムを解明するハドスペス博士の 50 年にわたる研究の成果であり、難聴を予防または回復するための新しい道筋を明らかにした洞察です。
この進歩により、研究者らは、動物界全体の聴覚を支配する統一的な生物物理学的原理の直接的な証拠も提供した。これはハドスペス氏が四半世紀以上にわたって研究してきたテーマである。
「この研究は傑作です」と、ロックフェラー大学統合神経科学研究所所長で、ハドスペス氏と共同で彼の画期的な研究成果のいくつかをまとめた生物物理学者、マルセロ・マグナスコ氏は語る。「生物物理学の分野において、これは過去5年間で最も印象的な実験の一つです。」
聴覚の仕組み
蝸牛は進化工学の驚異であるにもかかわらず、その基本的なメカニズムの一部は長らく謎に包まれたままでした。体の中で最も密度の高い骨に埋め込まれているため、この器官は脆弱でアクセスが困難であり、その動作を研究することは困難でした。
これらの課題は、聴覚研究者を長きにわたって悩ませてきました。なぜなら、難聴のほとんどは、蝸牛の内側を覆う有毛細胞と呼ばれる感覚受容器の損傷によって引き起こされるからです。蝸牛には約1万6000個の有毛細胞があり、それぞれの先端に数百本の微細な「触覚器」、すなわちステレオシリア（不定毛）が並んでいることから、このように呼ばれています。初期の顕微鏡学者たちは、この触覚器を髪の毛に例えました。それぞれの有毛細胞は、音の振動を増幅し、脳が解釈できる電気信号に変換する、調整された機械なのです。
昆虫や無脊椎動物（ハドスペス研究室で研究されているウシガエルなど）において、ホップ分岐と呼ばれる生物物理学的現象が聴覚プロセスの鍵となることはよく知られています。ホップ分岐は一種の機械的不安定性、つまり完全な静止と振動の間の転換点を表します。この危険な状態において、ごく微弱な音でさえ聴覚系を動かし始め、通常は感知されない微弱な信号をはるかに超えて増幅することができます。
ウシガエルの蝸牛の場合、不安定性は感覚毛細胞の束に生じます。感覚毛細胞は常に入ってくる音波を感知する準備を整えています。音波が来ると、毛細胞は動き、能動過程と呼ばれるプロセスで音を増幅します。
ハドスペスはマグナスコと協力して、1998年にウシガエルの蝸牛におけるホップ分岐の存在を記録した。それ以来、哺乳類の蝸牛にホップ分岐が存在するかどうかは、この分野で議論され続けている。
その疑問に答えるために、ハドスペス氏のチームは、哺乳類の蝸牛における活動過程をリアルタイムで、かつこれまでよりも非常に詳細なレベルで観察する必要があると判断した。
螺旋の断片
研究者たちは、スナネズミの蝸牛に注目した。スナネズミの蝸牛はヒトと同程度の聴力範囲を持つ。彼らは、中音域の周波数を拾う蝸牛の領域から、0.5mm以下の薄片を摘出した。摘出時期は、スナネズミの聴覚が成熟しているものの、蝸牛が密度の高い側頭骨に完全に癒合していない発達段階に合わせた。
彼らは、感覚組織の生育環境を再現するように設計されたチャンバー内に組織片を配置しました。このチャンバーでは、組織片を内リンパと外リンパと呼ばれる栄養豊富な液体に継続的に浸し、本来の温度と電圧を維持しました。この特注デバイスの開発において鍵となったのは、ハドスペス研究室の研究スペシャリストであるブライアン・ファベラ氏と、ロックフェラー大学グルース・リッパー精密計測技術リソースセンターの計測エンジニアであるニコラス・ベレンコ氏でした。
その後、彼らは小さなスピーカーから音を出し、その反応を観察しました。
生物物理学的原理の発見
彼らが目撃したプロセスの中には、毛束内のイオンチャネルの開閉によって音による振動にエネルギーが加わり、振動が増幅される様子や、電気運動と呼ばれるプロセスを通じて電圧の変化に応じて外側の有毛細胞が伸び縮みする様子などがあった。
「組織のあらゆる部分が細胞内レベルで何をしているのかを詳細に観察することができました」とジャノーリ氏は言う。
「この実験には、極めて高いレベルの精度と繊細さが求められました」とマグナスコ氏は指摘する。「機械的な脆弱性と電気化学的な脆弱性の両方が問題となっていたのです。」
重要なのは、能動的なプロセスの鍵となるのはホップ分岐、つまり機械的不安定性を音の増幅へと転換する転換点であることを彼らが観察したことだ。「これは、哺乳類の聴覚のメカニズムが、生物圏全体で観察されているものと驚くほど類似していることを示しています」と、研究室の研究員で共同筆頭著者のロドリゴ・アロンソ氏は述べている。
将来の治療につながる可能性のあるデバイス
科学者たちは、生体外蝸牛を使った実験によって聴覚に関する理解が深まり、より良い治療法につながることを期待している。
「例えば、特定の細胞や細胞相互作用に焦点を当てるなど、これまでは不可能だった非常に的を絞った方法でシステムを薬理学的に撹乱することが可能になります」とアロンソ氏は言う。
この分野では、新たな治療法の可能性への大きなニーズがあります。「今のところ、感音難聴の聴力を回復させる薬は承認されていません。その理由の一つは、聴覚の能動的なプロセスに関するメカニズムの理解がまだ不十分なことです」とジャノーリ氏は言います。「しかし今、聴覚システムがどのように機能し、いつ、どのように機能不全に陥るかを理解するためのツールが手に入りました。そして、手遅れになる前に介入する方法を見つけられることを願っています。」
ハドスペス氏は結果に非常に満足しているとマグナスコ氏は付け加えた。「ジムはこのプロジェクトに20年以上取り組んできました。彼の輝かしいキャリアにおける最高の成果です。」
リンク先はTHE ROCKEFELLER UNIVERSITYというサイトの記事になります。（原文：英語）