レビュー記事

脳オルガノイドが中枢神経系感染症のモデル化をモデル化する新たなプラットフォームとして:神経病原、治療発見、薬物送達

136 閲覧数

⸱

DOI：

10.3791/70757

⸱

2026年8月7日

 ,  ,  , 
1Laboratory of Molecular Virology, George Mason University

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

本レビューでは、選択された神経栄養性ウイルス感染のモデリングプラットフォームとしての脳オルガノイドを検討し、ウイルス病原、抗ウイルス発見、自然免疫応答、中枢神経系(CNS)標的薬物送達における応用を強調します。

要約

神経栄養性ウイルスは依然として持続的な世界的な健康課題であり、それらが人間の脳を損傷するメカニズムはまだ完全には解明されていません。動物モデルはしばしば人間特有のCNS生物学的側面に制限される一方で、二次元(2D)細胞培養は脳内のウイルス感染時に起こる複雑な三次元(3D)細胞相互作用を再現できません。過去10年間で、ヒト幹細胞由来の脳オルガノイドがこれらの制限に対応する生理学的に重要なモデルとして登場してきました。これらの3D培養は、初期の脳の発達に似たパターンでニューロン、アストロサイト、前駆細胞を含む構造に自己組み立てされます。本レビューでは、ジカウイルス(ZIKV)、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2型(SARS-CoV-2)、単純ヘルペスウイルス(HSV)、およびヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)による感染症の研究における脳オルガノイドの応用を検討します。研究はPubMedからスクリーニングされ、オルガノイドを用いた中枢神経系感染モデリング、抗ウイルス薬スクリーニング、中枢神経系標的薬物送達、神経炎症との関連性に基づいて最終候補に選ばれました。オルガノイドベースの抗ウイルススクリーニングにより、1,000以上の候補を含むライブラリから有望な化合物が特定されています。薬物送達戦略についても議論し、特にナノ粒子、ポリマーベースのキャリア、細胞外小胞(EV)に重点を置き、これらはオルガノイドモデルで評価され、血液脳関門(BBB)を通過し神経細胞に治療的貨物を届ける能力が評価されています。また、神経炎症、補体回避、慢性感染後損傷(ロングCOVIDを含む)における損傷関連および病原体関連分子パターン(DAMPsおよびPAMPs)の役割も検討しています。機能的血管の欠如、BBB成分の不完全、再現性の課題など、現在の制限についても論じます。これらの制約にもかかわらず、CNSオルガノイドは基礎研究と臨床応用の橋渡しをし、脳のウイルス感染に対する効果的な治療法の開発を前進させています。

概要

中枢神経系(CNS)は、脳と脊髄の異なる機能領域から成る複雑なシステムです。CNSオルガノイドは「ミニブレイン」とも呼ばれ、発達中の人間の脳を模倣する三次元(3D)多細胞構造です。これらは主にヒト多能性幹細胞(hPSCs)から生成され、多様な脳領域を表す組織に自己組み立てることができます。これらのミニ脳は、発達中の脳のエピジェネティックパターン、構造、転写マーカーを再現します。

患者由来の誘導多能性幹細胞(iPSC)を用いた脳オルガノイドの生成は2013年に初めて開発されました。この発見以前は、特に胎児や子宮内の脳組織に関する実験研究に伴う倫理的問題により、ヒト脳組織へのアクセスが制限されていました。大脳オルガノイドの発達は、人間の神経発達を模倣する能力を示し、大脳皮質のような明確な脳領域の形成も含まれます。Lancasterらは、幹細胞が体外で複雑な神経構造を形成できることを初めて実験的に示し、従来の二次元(2D)細胞培養よりも人間の生理学をより正確に反映するモデルを示しました5。重要なのは、小頭症のような特定のヒト神経発達疾患が齧歯類モデルで再現が困難であることが示されており、ヒト由来システムの必要性をさらに強調しています6。

CNSオルガノイドは複数の細胞タイプを含み、発達中の脳に似た多層構造を形成し分化するため、神経新生、神経細胞移動、発達異常のハイスループット研究に適しています8。CNSオルガノイドの生成は多能性幹細胞(PSC)から始まり、これにはiPSCや胚性幹細胞が含まれます。胚性幹細胞は成長因子やシグナル阻害剤にさらされ、神経細胞への分化を促進し、初期胚発生を模倣します2.細胞が凝集し始めると、3次元環境内で自己組織化され、構造的安定性を提供するために細胞外マトリックスに埋め込まれることが多いです。オルガノイドは通常、回転バイオリアクターや軌道揺動などの動的培養条件下で維持され、栄養と酸素の供給を促進し、継続的な成長を支えます9。前脳、中脳、後脳の領域特異的なオルガノイドも、小型回転バイオリアクター内のガイド付きプロトコルを用いて生成でき、通常は数週間から数か月の間に9、10、11の明確な脳様領域が現れます。CNSオルガノイドは、脳室領域に橈骨グリアを含む脳室領域(移動ニューロンを担い、中間前駆細胞がニューロン集団を増幅する)など、発達中の人間の脳の多くの重要な構造的特徴を捉えます12。初期のニューロンは皮質様層を形成し、シナプスネットワークが新たに現れます。オルガノイドは成熟した脳の大きさや組織を完全に再現するわけではありませんが、従来の単層培養よりも生理学的に重要です。

CNSオルガノイドの大きな利点は、発生タイミングをモデル化できることです。培養は数週間から数ヶ月にかけて進行し、人間の胎児の脳の発達と並行して進みます。これにより、神経新生、軸索の伸長、初期神経回路形成などの神経学的プロセスをリアルタイムで観察できます。オルガノイドはまた、ミクログリア、血管様細胞、さらにはアストロサイト、内皮細胞、ペリサイトなどの血液脳関門(BBB)成分を含むようにプログラムされることもあります。これらのオルガノイドは免疫応答や物質輸送の研究を支えることができます13。さらに、オルガノイドは組み合わせてアッセンブロイドを作ることができ、これは異なる脳領域間のコミュニケーションをモデル化する自己組織化システムです14。これらの能力により、CNSオルガノイドは神経栄養性ウイルスがどのように脳に侵入し、複製し、損傷するかを直接調査する手段を提供し、従来のモデルでは長らく解決が困難だった課題を解明する。

ヒト脳に影響を与える神経栄養性ウイルスは膨大で多様な種類があり、フラビウイルス、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2型(SARS-CoV-2)、単純ヘルペスウイルス(HSV)、ヒト免疫不乏ウイルス1型(HIV-1)などがあります。効果的な抗ウイルス療法の開発は極めて重要ですが、ウイルスと脳の相互作用の複雑さから依然として困難なままです。脳は免疫特権を持つ器官とされており、BBBによって支援されており、大きな免疫細胞や分子が血流から脳に入るのを防いでいます。

神経栄養性ウイルスは、細胞間移動、狭接点の妨害、感染した免疫細胞がウイルスを内皮を越えて運ぶ「トロイの木馬」メカニズムなど、この障壁を突破するために多様な戦略を進化させてきました。その結果、脳内の免疫監視が制限され、ウイルスの除去がより困難になります。さらに、BBBの細胞構成要素である内皮細胞、アストロサイト、ペリサイトなどは、ウイルス病原体関連分子パターン(PAMPs)を検出し、自然免疫応答を発現するパターン認識受容体を発現しますが、逆説的に炎症促進シグナル伝達はBBBの破壊を悪化させることがあります15。さらに、人間の脳組織へのアクセスが限られているため、神経細胞とのウイルス相互作用や強力な抗ウイルス薬剤の中枢神経系への送達の研究が妨げられています。これらの課題が複合的に、発生のあらゆる段階および生涯にわたるウイルス感染治療のための新しい抗ウイルス薬の発見を妨げており、ウイルスが脳とどのように相互作用するかをよりよく理解し、これらの感染症と戦うための新たな治療戦略の開発が不可欠です(16)。総じて、本レビューは神経栄養性ウイルス感染、神経炎症のメカニズム、抗ウイルス薬の発見におけるCNSオルガノイドの有用性を強調しています。 図1 は、神経栄養性ウイルス感染のモデル化、宿主-病原体相互作用の調査、抗ウイルス治療の開発の進展における脳オルガノイドの主な応用の概要を示しています。

figure-introduction-1
図1:神経栄養性中枢神経系ウイルス感染のモデリングにおけるヒト関連プラットフォームとしての脳オルガノイド。 図は、実験モデルとしての三次元(3D)脳オルガノイドに焦点を当てた主要なトピックの概要を示しています。本レビューで取り上げた神経栄養性ウイルスには、HIV-1、HSV-1/2、SARS-CoV-2、ZIKVが含まれます。異なる脳オルガノイドモデルにより、ウイルスの病因、宿主-病原体相互作用、血液脳関門(BBB)機能障害、ニューロン、アストロサイト、ミクログリア、脳内皮細胞に関与する神経炎症反応の研究が可能です。脳オルガノイドは、抗ウイルス薬のスクリーニングや抗ウイルス治療の評価に生理学的に関連性の高いプラットフォームを提供します。BioRenderで作成。Kashanchi, F.(2026)https://BioRender.com/y7eenju この図の拡大版を見るにはこちらをクリックしてください。

レビューと展望

ウイルス感染脳オルガノイドにおける治療的発見

抗ウイルススクリーニング

多くの神経栄養性ウイルス感染症に対する承認された治療法が不足しており、支援療法以外の治療選択肢が限られています。脳オルガノイドは、人間の脳組織に似た生理学的に関連性の高い3D環境での薬物スクリーニングを可能にすることで、新規抗ウイルス化合物の発見に貴重なツールです。初期の研究では、胎児様脳オルガノイドで1,120種類のFDA承認薬剤および薬剤候補をZIKVに対して高濃度化学スクリーニングが行われました。抗ウイルス活性は細胞増殖およびZIKV感染の抑制に基づいて評価されました。試験対象のうち9つが可能性を示し、そのうちヒッピストリン臭化水素化(HH)とアモジアキンジヒドロクロレート二水和物(AQ)は強力な抗ウイルス効果で際立っており、ウイルスRNA産生を抑制して感染を大幅に減少させました17。

その後のいくつかの研究では、ウイルスのライフサイクルの異なる段階を標的とした化合物が探られました。渡辺 らの研究では、膜融合を阻害してウイルスの侵入を阻害する化合物25-ヒドロキシコレステロール(25HC)が、皮質オルガノイド中のZIKV mRNAレベルを~74%減少させ、ZIKV陽性細胞を~72%減少させました。さらに、同じ研究では神経前駆細胞に発現するAXL受容体を標的とした抗ウイルス化合物も評価されました。AXLチロシンキナーゼドメインの小分子阻害剤R428は、ZIKV mRNAレベルをわずかに低下させました(~41%)。しかし、抗AXL抗体による治療ではZIKV mRNAレベルが有意に低下しませんでした18。最後に、3種類の抗フラビウイルス薬、デュラマイシン、イベルメクチン、アジスロマイシンがオルガノイドで試験されました。デュラマイシンとイベルメクチンはZIKV mRNAレベルを有意に低下させたのに対し、アジスロマイシンはRT-qPCRおよび免疫染色によりZIKVに対する保護効果を示さなかった18。

別の研究では、Xu ら がZIKV誘発性カスパーゼ3活性の抑制因子として173の化合物をスクリーニングし、脳オルガノイド内の細胞増殖に影響を与えない最も強力な神経保護候補としてエムリカサンを特定しました。さらに、ニクロスアミドとPHA-690509という2つの化合物は、投与後段階でウイルスの複製を用量依存的に抑制することで、有意な抗ZIKV活性を示しました。さらに、エムリカサンとPHA-690509との共治療は付加効果を生み出し、ZIKV感染後のアストロサイト生存率を維持しました19。別の研究では、RNA干渉(RNAi)増強剤であるエノキサシンがRNAi能力を持つ細胞で直接的な抗ウイルス活性を示し、脳オルガノイドにおけるZIKV誘発性小頭症表現型を完全に防いだ。これにより、神経前駆細胞における内在抗ウイルス経路の強化が有効な治療戦略となり得ることを示唆している20。

Pettkeらはその後、ZIKV感染オルガノイド21においてTH3289の構造類似体110を複数回量でスクリーニングしました。TH3289とTH6744の2つの化合物は最も強い抗ウイルス活性を示し、最も活性化された化合物はベンジミダゾロンコアを共有していました。この研究は、オルガノイド系が迅速な化合物スクリーニングだけでなく、機構的追跡も可能にした点で重要でした。例えば、TH6744はZIKVライフサイクルの後期段階に干渉することが確認されています。

脳オルガノイドはSARS-CoV-2感染の治療候補を特定するためにも用いられています。FDA承認の抗C型肝炎薬ソフォスブビルは、SARS-CoV-2感染した脳オルガノイドにおける神経細胞生存率を向上させ、シナプト生成障害を救済しました22。脳オルガノイドはまた、HSV-1介在性中枢神経系感染症の理解にも寄与しています。しかし、オルガノイドモデルにおけるHSV-1の抗ウイルススクリーニングは、ZIKVやSARS-CoV-2の研究と比べて依然として限られています。iPSC由来ニューロンを用いた画期的な研究では、TLR3欠損がヒトニューロンをHSV-1感染に脆弱にし、齧歯類モデルでは捉えられなかったヒト特有の現象が明らかになりました。より最近では、Bellizzi ら がHSV-1ゲノム配列のクラスタリングされた規則的に間隔を合わせた短い回文リピート(CRISPR)-Cas9を標的化することで、3Dオルガノイド培養における一次感染とウイルス再活性化の両方を抑制し、ヘルペスウイルス中枢神経系感染に対する遺伝子編集が有効な抗ウイルス戦略であることを確立しました。アシクロビル耐性が新たな臨床問題であり、HSV脳炎25に対する治癒療法が存在しないことを踏まえ、脳オルガノイドにおけるHSV-1に対する大規模な抗ウイルス化合物スクリーニングが存在しないことは、重大な知識のギャップを示しています。

小分子に加え、RNAを標的とし遺伝子発現を修飾するアンチセンスオリゴヌクレオチド(ASO)は、さまざまな疾患治療のための新たな治療法として登場し、脳オルガノイドは新しいASO療法の評価にも用いられます。オルガノイドのASO研究への有用性を踏まえ、生物分布、毒性、治療効果などの重要な特性をウイルス感染脳オルガノイドで調査できる可能性があります。

脳オルガノイドの最も重要な応用の一つは、既存の抗ウイルス薬の神経毒性を評価することです。これは特に重要です。なぜなら、一般的に使われているHIV治療法はin vitroおよびin vivoの両方で脳細胞に毒性を持つことが示されているからです。Akayらは、ミクログリア、アストロサイト、ニューロンを含む一次皮質培養における抗ウイルス薬の神経毒性を示しました。MAP2陽性ニューロンは、リトナビルおよびサキナビル曝露後に用量依存性低下を示しました。抗レトロウイルス薬(cART)の組み合わせ治療では急性神経毒性が現れ、ジドブジン(AZT)で処理された培養では活性酸素種(ROS)の産生が増加しました28。これらの発見は2次元培養を用いて得られたものの、脳オルガノイドは、個別または組み合わせの抗レトロウイルス療法の高スループット神経毒性スクリーニングにおいて、より生理学的に関連性の高いプラットフォームを提供することで、この研究をさらに拡大する可能性があります。これらの3Dモデルにおける抗ウイルス誘発神経毒性のメカニズムを調査するために、形態解析、機能分析、トランスクリプトムプロファイリングなどの技術が用いられます。

神経毒性スクリーニングに加え、効果的な抗レトロウイルス療法(ART)にもかかわらずHIV関連の30%〜50%に影響を及ぼすHIV関連神経認知障害(HAND)を研究するために脳オルガノイドが開発されています。微粒膠細胞は中枢神経系におけるHIV-1の主要なリザーバーであり、オルガノイドモデルは微粒膠細胞感染が神経障害を引き起こす仕組みを解明する上で重要な役割を果たしています。Kong ら は、ミクログリアを含むiPSC由来の脳オルガノイドを用い、HIV-1感染後にCCL2およびCXCL10ケモカイン遺伝子発現が著しく増加し、複数のタイプIインターフェロン刺激遺伝子(MX1、ISG15、ISG20、IFI27、IFITM3など)の活性化を観察しました30。炎症遺伝子発現プロファイルは、感染していないニューロンを含む傍観者細胞に伝播されました。これらのニューロンは神経伝達物質トランスポーターの発現が著しく低下し、細胞老化や細胞死に関連する遺伝子の発現が増加しました。HIV研究における脳オルガノイドの利用はDos Reis らによって先駆けられ、HIV感染のミクログリアをヒト脳のオルガノイドに組み込みました。このモデルは、人間の脳で通常観察される低レベルのウイルス複製を再現しました。HIV感染のマイクログリアの組み込みは、アストログリア症、神経変性病理、神経シナプスプロセスの変性および喪失に関連する神経炎症反応を引き起こしました。その後、Donadoni ら はミクログリアとアストロサイトを含むヒト誘導多能性幹細胞(hiPSC)由来の脳オルガノイドを用いてNeuroHIVをモデル化し、3次元オルガノイドシステムにおける併用抗レトロウイルス療法(cART)の効果を評価しました。32。これらのオルガノイド研究は総合的にHANDに関する重要な機構的洞察を提供し、神経保護療法の研究に価値あるモデルシステムを確立します。

結論として、脳オルガノイドは抗ウイルス化合物のスクリーニングと同時に、薬物開発初期の神経毒性影響を評価するための統一モデルシステムを提供します。効果的な抗ウイルス化合物の同定は臨床翻訳への第一歩に過ぎません(表1)。同様に重要なのは、感染した中枢神経系内の細胞に治療薬を届けられる薬剤送達戦略の開発です。

ウイルスオルガノイドモデル細胞の種類主な発見制限参考文献
ジクヴhPSC由来の胎児様オルガノイド神経の前身、ニューロンHHおよびAQは1120化合物スクリーニングからウイルスRNAを還元しました免疫細胞は存在しません。胎児期17
皮質オルガノイド神経の前駆25HCは感染を~74%減少させました。R428はZIKV mRNAを~41%還元しました血管はなし18
脳オルガノイドニューロン、アストロサイトエムリカサン神経保護薬;ニクロスアミドとPHA-690509は複製を抑制しますミクログリアなし19
脳オルガノイド神経の前駆エノキサシンはRNAiを介してZIKV誘発性小頭症を防いだ免疫細胞は存在しません20
脳オルガノイドニューロンTH3289およびTH6744(ベンジミダゾロンコア)はZIKVの後期ライフサイクルに干渉します免疫細胞は存在しません21
SARS-CoV-2脳オルガノイドニューロンソフォスブビルはシナプト生成と神経細胞の生存を救済しましたBBBはありません22
HSV-1iPSC由来ニューロンニューロンTLR3欠損はヒトニューロンを感受性にします。人間特異的現象2次元ニューロンのみ23*
3次元オルガノイド培養ニューロンCRISPR-Cas9は一次感染と再活性化を抑制しました限定的な成熟24
HIV-1iPSC脳オルガノイドニューロン、ミクログリアCCL2、CXCL10のアップレギュレーション;タイプIインターフェロン遺伝子の活性化;神経細胞老化血管はなし30
ミクログリアを持つヒト脳オルガノイドニューロン、ミクログリア神経炎症、アストログリアーシス、シナプス変性血管はなし31
hiPSC脳オルガノイドニューロン、ミクログリア、アストロサイト3D NeuroHIVモデルで評価されたcART効果初期段階モデル32

表1:神経栄養性ウイルス感染の研究に用いられた脳オルガノイドモデル。 この表は、研究対象ウイルス、オルガノイドモデル、含まれる細胞タイプ、ZIKV、SARS-CoV-2、HSV-1、HIV-1感染の代表的な脳オルガノイド研究の主要所見、制限、参考文献をまとめています。

薬物送達プラットフォーム

中枢神経系感染症の治療に最も効果的な抗ウイルス化合物を見つけることは不可欠ですが、脳への効率的な投与がなければ、これらの化合物は治療効果を得られない可能性があります。脳オルガノイドは、神経組織を貫通し抗ウイルスペイロードを送達する薬物送達システムの評価に利用できます。

脂質ベースのナノ粒子(LNP)は薬物運搬体として広く使用されています。これらの薬剤キャリアは、特にBBB33全体で薬物の生体利用能を高め、標的薬物を病原部位への送達を可能にすることが示されました。LNPベースのmRNA製剤はCOVID-19ワクチン接種に成功裏に利用されました34,35。脳オルガノイドは、新しいLNPベースの製剤の有効性と安全性を評価するために使用できます。LNPはターゲティングリガンドを用いた表面修飾によって中枢神経系にベクトル化することも可能です。例えば、トランスフェリンやラクトフェリンをLNPに結合させ、受容体介在のトランスサイトーシスを促進し、BBBを介した輸送を促進する36,37。総合的に、BBB浸透後の潜在的な薬物送達効果、神経毒性、ナノフォーミュレーション安定性の変化を脳オルガノイドで調査できます。

LNPに加え、二重標的ポリペプチドナノキャリアもヒト脳オルガノイドにおける薬物送達システムとして研究されました。標的型ポリ(L-グルタミン酸)ナノ粒子(NPs)は優れた細胞適合性と中脳様オルガノイドへの侵入能力を示しました。アラニンとグルタチオンがNPを効率的に脳内皮細胞に誘導し、脳オルガノイドを貫通して脳への薬物送達を可能にすることが示されました39。ポリマー系ナノ粒子の透水率は、ヒトの3D微小血管オルガノイドで調査され、そのサイズや表面化学の影響に焦点を当てました。生成されたオルガノイドは、ヒトiPSC由来の内皮細胞、アストロサイト、そして一次脳の周囲細胞で構成されていました。共焦点画像により、NPと脳関連のリガンドホロトランスフェリン(Tf)の結合が透過率を有意に増加させることが示されました40。

次に、BBB脳球体における金ナノ粒子(AuNP)の吸収、浸透、分布を調査しました。これらの球状体は、ニューロン、アストロサイト、ペリサイト、内皮細胞、ミクログリア、オリゴデンドロサイトという6つの脳細胞タイプで構成されています。著者らは、一時的な低酸素症がBBBを開き、球状体内部へのAuNP輸送が増加することを報告しました。ナノ粒子は細胞や核に容易に侵入できた。同様の研究で、同じ球状体モデルシステムを用いて、ナノキャリア貫入動力学とその治療用ペイロード放出の同時追跡が共焦点レーザー走査顕微鏡42によって評価されました。別の研究では、Park ら が脳由来神経栄養因子(BDNF)結合したAuNPが脳オルガノイドに成功裏に侵入し、著しい毒性を生じさせないことを示しました43。

部分を標的とするだけでなく、ナノ粒子の形状やサイズも、ナノフォーミュレーションが治療ペイロードを脳に届ける能力に大きな役割を果たします。VCAM-1に対する抗体でベクトル化されたポリスチレン200nmの球体は、対照の非ベクトル化NPよりも1.2〜1.5倍多く蓄積されました。興味深いことに、棒状粒子は対応する対照群に比べてさらに2.1〜2.5倍の蓄積を示し、棒状粒子が細胞結合において球体よりも優位性を持つことを示唆しています。脳オルガノイドは、粒子幾何学が脳の浸透にどのように影響するかについて詳細な洞察を提供します。さらに、低酸素症やその他の生物学的に活性成分がBBBの透過性に与える影響は、神経血管脳オルガノイドでさらに研究できる可能性があります45,46。

幹細胞由来の細胞外小胞(EV)は、LNPsのような合成薬物保有体に対する生物学的代替手段を代表しています。Branscomeらは、人間の神経圏におけるHIV-1感染に対するEVの修復的可能性を探求しました。本研究では、間葉質幹細胞(MSC)およびiPSCから生成されるEVが神経圏に自然に浸透し、細胞の生存能力を救い、HIV-1感染神経圏における炎症性サイトカインの発現を低減することが示され、幹細胞EVsの神経保護および抗炎症特性が強調されました。Kimらによる別の研究では、SARS-CoV-2感染治療のための抗ウイルス投与用に小さな細胞外小胞(sEV)が設計されました。ナノキャリアは、eGFP-CD9ΔTM4-sACE2(WT)をコードするプラスミドを介してドナー細胞に遺伝子改変を施し、sEV表面にsACE2を発現させました。 sACE2ベクター化されたsEVは、WTおよび変異Sタンパク質偽型ウイルス48から防御することが示されました。保護機構はSARS-CoV-2感染した脳オルガノイドで検証可能です。さらに、別の研究では、HSV-1感染細胞から放出されるEVがSTINGなどの先天免疫成分を運び、受容細胞の自然免疫応答を活性化し、HSV-1複製を強力な抑制することを示しています。EVと感染性ウイルス粒子の重要な分離は、密度勾配遠心分離49によって達成されました。

脳オルガノイドは新薬ナノ製剤の神経毒性の試験にも利用されます。例えば、ペギル化AuNPを脳オルガノイドに注入すると、ROS産生を媒介する有意な炎症が観察されました。対照的に、ポリラクティック乳酸NPは、吸収と分解性が遅いため効率的な薬物送達と低い細胞毒性を示し、免疫応答を誘発せずに脳オルガノイドへの浸透を可能にしました50。AuNP、グラフェン、カーボンドットの神経毒性も3次元神経血管オルガノイドで評価されました。これらのオルガノイドは神経細胞、ミクログリア、そして内皮細胞表面から成り立っていました。これらの研究は、ミクログリアがこれらの製剤の透過性と毒性に重要な役割を果たす可能性を明らかにしました(51)。さらに、ZnO NPの高濃度も有意な神経細胞死を引き起こすことが示されています。毒性のメカニズムは、細胞内でZnイオンの蓄積と関連しており、これがLC3Bタンパク質レベルを低下させ、欠陥のあるオートファジー52を示唆しました。総じて、これらの研究は3D脳オルガノイドがナノフォーミュレーションが神経組織とどのように相互作用し、取り込みや浸透、免疫活性化や毒性に至るかを捉えられることを示しています。CNS標的薬物送達戦略の成功は、標的細胞に到達するだけでなく、感染時に活性化される炎症経路の調節にもかかっており、その多くはDAMPsやPAMPsのシグナル伝達によって開始されます。

ウイルス感染におけるDAMPおよびPAMP

脳オルガノイドは、中枢神経系のストレス、損傷、または死にゆく細胞から放出されるDAMPやPAMPの研究に利用できます。DAMPには熱ショックタンパク質、ATP、尿酸が含まれ、PAMPには細菌、ウイルス、真菌、寄生性の高分子が含まれます。したがって、これらの分子パターンは自然免疫系に警告を発し、異物抗原や感染に一般的に関連する兆候に応じて複数のシグナル伝達経路を活性化します。ウイルス感染に対する保護効果のメカニズムは完全には解明されておらず、これらの過程の詳細な調査は脳オルガノイド53で実施可能です。放出されたDAMPおよびPAMPsは、Toll様受容体(TLR)、NOD様受容体(NLR)、AIM2様受容体、RIG-I様受容体(RLR)、C型レクチン受容体(CLR)など、多くの受容体に結合し、これらは細胞膜または細胞内54で発現します。これらの受容体は、EV-71、HIV-1、HSV-1、フラビウイルス、ウエストナイルウイルス(WNV)など、神経栄養性ウイルス感染に対するサイトカインおよびインターフェロンの産生に不可欠です54。

スロウィコウスキーらは、損傷した神経細胞から放出されるDAMP、ケモカイン、接着分子がフラビウイルス性脳炎55期に白血球の中枢神経系への侵入をどのように調整するかを調査しました。特に、WNVは感染した脳内でのDAMP放出を促進する非常に炎症性の壊死およびピロトーシスの細胞死マーカーの発現を増加させることが明らかになりました。例えば、高可動度グループボックス1(HMGB1)タンパク質が放出されると、複数のシグナル伝達経路を誘導し、活性化された単球、マクロファージ、樹状細胞がCXCR4依存的に感染組織へ移動します56,57。さらに、感染に対してDAMPsが放出され、その後TLRの上位調節が続き、中枢神経系の炎症や組織損傷が悪化することが示されました58。全体として、これらの研究はウイルス感染が重なり合うDAMP-PAMPシグナル伝達経路を誘発し、神経炎症や組織損傷を引き起こすことを示しています。これらを総合すると、ミクログリアやアストロサイトを含む脳オルガノイドは、特にDAMP放出とTLR介在の神経炎症の相互作用を追跡するモデルとして機能する可能性があります。

補体システムは、感染に迅速に反応する自然免疫の重要な要素です。しかし、多くのウイルスはこの防御システムを克服するメカニズムを開発しています59。特定のウイルスは補体系を回避し、補体構成要素に結合してそれらを阻害または隔離するタンパク質を作ります。これは、ヒトTリンパトロピックウイルス1(HTLV-1)、ヒトサイトメガロウイルス(HCMV)、HIV-1、サルウイルス5(SV5)、おたふく風邪ウイルス(MuV)など、さまざまなウイルスで実証されています。MuVはウイルスに宿主補体タンパク質(例:CD55/DAF、CD59、CD64、MCP)を取り込みます。これらのタンパク質は自然免疫応答を阻害し、ウイルスの複製と持続を促進します60。したがって、脳オルガノイドはウイルスが補体系を回避する特定のメカニズムを特定するために用いられます。増え続ける証拠は、DAMPやPAMPsが初期の抗ウイルス反応を形成するだけでなく、慢性的なウイルス後疾患の根底にある持続的な炎症の主要な媒介者としても機能していることを示唆しています。

ウイルス感染による持続炎症におけるDAMPs/PAMPsの役割

急性炎症期を超えて、ウイルス感染はDAMPs/PAMPsへの慢性的な曝露を引き起こし、特に脳に長期的な炎症性影響をもたらします。脳オルガノイドは、感染の急性後期に関連する症候群の根本的なメカニズムを研究する強力なツールとなり得ます。

現在知られているほとんどのヒト非持続性ウイルスは、感染の急性期に免疫応答を活性化し、その後病原体を排除します。しかし、場合によっては急性期とは異なる持続的な症状を経験し、数ヶ月から数年続くこともあります。特に、ロングCOVID-19患者は慢性疲労、「ブレインフォグ」、発熱、痛み、その他の神経学的合併症を報告しています(61)。さらに、慢性炎症は死亡率や罹患率を増加させる可能性があり、動脈血栓症、がん、認知障害のリスクも高める可能性があります(62,63)。

さらに、ウイルス性タンパク質やRNAの持続は、TNF-α、IL-1α、IL-1β、IFN-γ、IL-6などの炎症性サイトカインのレベル上昇を引き起こし、組織損傷、早期老化、免疫系の疲弊を引き起こす可能性があります64。ウイルス成分の遅い複製や微量の検出は、特定の受容体と相互作用するDAMPs/PAMPsの放出を引き起こし、持続的な低度度の炎症を引き起こす可能性があります(65)。場合によっては、脳のHSV-1感染が神経障害を引き起こし、その後脳炎を引き起こし、最終的にはアルツハイマー病などの神経変性疾患の発症に寄与することもあります。オートファジー機構の障害は、HSV-2患者における慢性炎症の主な引き金となり得ます。この疾患では、免疫機能の欠陥が持続的なウイルス複製、脳内のウイルス成分の継続的な存在、神経変性を引き起こします。これらのウイルス成分はPAMPを通じて先天免疫センサーを活性化し、シグナル伝達経路を操作して自然免疫活性化の抗ウイルス効果を回避できます。重要なのは、HCMVおよびエプスタイン・バーウイルス(EBV)が免疫機能障害を促進する慢性ウイルス感染を確立することが示されていることです(68,69)。持続的な感染誘発性老化も、さまざまなウイルス感染に伴う長期的な炎症に寄与する可能性があります。統合免疫要素を備えた3D脳オルガノイドは、DAMPs/PAMPsへの慢性曝露の複雑なメカニズムや、中枢神経系におけるウイルス感染の長期合併症における役割を理解するための重要なプラットフォームを提供します。

制限と視点:

従来のin vitroモデルに対する利点があるものの、脳オルガノイドには広範な応用を支えるために解決すべき重大な制約があります。具体的には、ほとんどのオルガノイドには常駐免疫細胞が存在せず、これはウイルス病のモデル作成やウイルス感染時の自然免疫応答および適応免疫応答の理解に大きく寄与しています70。特に、標準的なオルガノイドプロトコルには、HIV-1の主要な中枢神経系免疫細胞および貯蔵庫であるマイクログリアが組み込まれていないため、神経炎症やウイルスの持続性のモデル化が制限されています。もう一つの欠点は、栄養や酸素の供給、さらにウイルスの伝播に重要な役割を果たす血管の欠如を含む組織の複雑性の不完全さです。したがって、中心の細胞は十分な栄養分を受け取れないため、オルガノイドの成長が制限されます。さらに、代謝廃棄物の排出が妨げられ、大型オルガノイド内で低酸素または壊死性コアが生じることが多いです。さらに、オルガノイドはウイルス感染や病原に影響を与えるニューロン、内皮細胞、間質細胞間の相互作用を完全に再現するわけではありません。さらに、この発生段階ではオルガノイドは全身感染、臓器間転移、全身免疫応答を再現できません73。もう一つの制約は、多くの上皮オルガノイドが内向きの頂端表面にあるため、ウイルス接種のアクセスが限られていることです。その結果、ウイルス接種にはマイクロインジェクションが必要となり、変動やスループットの低下が生じます。したがって、異なる直径のオルガノイドの接種は感染の多様性を制御しにくくします。さらに、多くのオルガノイドは成人の臓器ではなく胎児組織に似ており、ウイルスのトロピスト、複製速度論、宿主応答に影響を与える可能性があります73。これは特にHSV-1の場合に顕著で、神経の成熟は胎児期のオルガノイドが完全に再現できない潜在時間の確立および再活性化プロセスに影響を与えるためです。次に、オルガノイドは組成や機能が大きく異なるため、結果が異なり、再現性が低く、多数の実験的複製が必要となります。例えば、オルガノイドはサイズ、細胞組成、構造、成熟状態が異なる場合があります。これにより、7.75の研究所間で標準化が困難、あるいは不可能となっています。最後に、オルガノイド生成および保守の高コストと限られたスケーラビリティが依然として大きな障壁となっています。その結果、オルガノイド技術74と互換性のある高スループットプラットフォームの開発が大きな課題となっています。

これらの欠点や限界にもかかわらず、オルガノイドはウイルス感染のモデル化、毒性学、創薬において大きな可能性を秘めています。これらの制約を克服すれば、動物モデルへの依存を大幅に減らし、基本的な機構研究を促進する可能性があります(76)。既存のオルガノイドモデルの顕著な欠点の一つは、生理学的複雑さが限られ、多様な細胞組成が欠如していることです。今後の進展は、免疫、神経、血管、基質の要素をオルガノイドモデルに組み込むことに注力する必要があります。これは、前述の細胞型とオルガノイドを統合した共培養モデルを用いて達成可能である77,78。具体的には、免疫細胞を取り入れることで、ウイルス感染時の全身免疫応答や炎症のモデル化が可能になります。さらに、血管形成オルガノイドは生理学的複雑性を高め、生体内での状況をより良く再現するためにさらに開発可能です79,80。したがって、内皮組織を含む脳オルガノイドは、ウイルス感染時の血脳関門機能および薬物送達の研究を支援することになる13,81。さらに、3次元脳オルガノイドは脳内のウイルス感染のいくつかの重要な側面を再現することができます。実際、さまざまな脳領域を密接に再現する複雑な構造を持つ複数のオルガノイドモデルが現在調査中です。最後に、神経細胞および間質成分の導入により、オルガノイドの原生臓器系への忠実度がさらに高まります。再現性はオルガノイド技術の広範な応用におけるもう一つの深刻な障壁となっています。したがって、頑健で再現性の高いオルガノイドを生成することは、オルガノイド応用のさらなる翻訳に不可欠です。細胞分離やシーディングのさまざまな方法、マトリックスや可溶性因子の選択は、分野全体で標準化されるべきです。特に、培養培地の組成、細胞密度、培養時間がこれらのモデルの結果に影響を与えることがあります。したがって、化学的および機械的特性を正確に制御された完全に定義されたポリマーネットワークからなる合成ハイドロゲルを含む、マトリックスの変動性を減らす戦略が有望な代替案として提案されています。これらのオルガノイドはバッチごとの変動が最小限であり、制御された研究を可能にします。さらに、多様な患者集団を代表するオルガノイドバイオバンクの作成は、創薬やバイオマーカー同定にとって貴重な資源となるでしょう。新興の人工知能(AI)技術はオルガノイド研究において重要なツールとなっています。これらの技術のさらなる応用は、分析を加速し、データ解釈におけるバイアスを減らす可能性があります。それでも、この分野のAI応用はまだ初期段階にあります。AIによる画像解析86や培養条件の予測最適化など、オルガノイド開発にAIアプローチを取り入れることは、オルガノイド研究を大いに促進するでしょう。

結論

本レビューでは、脳オルガノイド(人間の神経血管ユニットを密接に模倣した3次元神経培養)が、神経栄養性ウイルスによる侵入、複製、中枢神経系損傷の研究にどのように用いられているかを検証しています。各ウイルスは独自の遺伝的・構造的特徴を持っていますが、脳内でウイルスによって引き起こされる多くの病理的プロセスは共通しており、オルガノイドモデルはこれらの共通かつ異なるメカニズムの解析に適していることが証明されています。過度の炎症は神経細胞の損傷を悪化させます。しかし、自然免疫系が適切に制御されていれば、ウイルスの拡散を抑え、脳組織を守ることができます。

3次元オルガノイドは、動物モデルや2次元細胞培養ではこれらの動態を捉えられていない、より生理学的に関連性の高い環境で両方の効果を研究することを可能にします。この情報は、脳内のウイルス病原と戦い、炎症を増加させずに適切な経路を標的とする治療法を特定するために不可欠です。脳オルガノイドは神経栄養性ウイルス感染の理解を進めていますが、まだ解決すべき技術的な課題があります。例えば、成熟の遅さ、血管の制限、BBB成分の欠如がよくある課題です。オルガノイド分化技術のばらつきやバッチごとの不整合も脳オルガノイドに関する研究を妨げています。さらに、ウイルスの侵入、複製、細胞型の嗜性、宿主応答の定量化も、制御された3D文脈で改善可能です。論文でレビューされた研究は、脳オルガノイドが神経栄養ウイルスが人間の脳とどのように相互作用するかを研究し、抗ウイルス候補を検証し、中枢神経系への薬物送達を評価する上で最も関連性の高いシステムの一つであることを示しました。血管形成、免疫細胞の統合、標準化されたプロトコルの採用により技術が成熟するにつれて、オルガノイドを用いた研究は臨床翻訳に真の可能性がある化合物や戦略をより容易に特定できるようになります。

略称:ASOs、アンチセンスオリゴヌクレオチド;BBB、血液脳関門検査;CLR、C型レクチン受容体;中枢神経系(CNS);CRISPRは、規則的に間隔を空けた短い回文繰り返しがクラスタリングされています。CXCL10、C-X-Cモチーフケモカインリガンド10;損傷に関連する分子パターンであるDAMPs;EV、細胞外小胞;hPSC(ヒト多能性幹細胞)、HSV-1/2、単純ヘルペスウイルスタイプ1/2;HIV-1、ヒト免疫不全ウイルス1型;IFN、インターフェロン、IL-6、インターロイキン-6;ISG(インターフェロン刺激遺伝子)、LNP、脂質ナノ粒子、NLR(NOD様受容体)、PAMPs(病原体関連分子パターン)、PRR(パターン認識受容体)、RNAi、RNA干渉;RT-PCR(逆転写ポリメラーゼ連鎖反応)、sACE2-EV、可溶性ACE2装飾細胞外小胞;SARS-CoV-2、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2;scRNA-seq(単一細胞RNAシーケンシング);TLR(トール様受容体)、TNF-α、腫瘍壊死因子α;ZIKV、ジカウイルス、3D、3D。ZIKV、ジカウイルス、hPSC、ヒト多能性幹細胞、HH(ヒップストリン臭化水素化物);AQ、アモジアキンジヒドロクロリド二水和物;25HC、25-ヒドロキシコレステロール、BBB、血液脳関門;cART(併用抗レトロウイルス療法)、CRISPRは、規則的に間隔を空けた短い回文繰り返しがクラスタリングされています。hiPSC(ヒト誘導多能性幹細胞)、HIV-1、ヒト免疫不全ウイルス1型;hPSC(ヒト多能性幹細胞)、HSV-1、単純ヘルペスウイルスタイプ1;RNAi、RNA干渉;SARS-CoV-2、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2;比較のためにTLR3、Toll様受容体3.* iPSC由来の2Dニューロン研究も含めました。

開示事項

ChatGPT(OpenAI;GPT-5.5)は、文献の選考や言語の洗練を支援するために限定的に使用されました。文献選定、事実確認、参考文献検証、科学的解釈はすべて著者自身が独立して行いました。

謝辞

著者たちはカシャンチ研究所の全メンバーに感謝の意を表し、特にグウェン・コックスのかけがえのない支援に感謝いたします。本研究はまた、国立衛生研究所(NIH)の助成金R01MH134389、AI078859、AI074410 R21DA057887および国防総省のHT9425-24-1-0876(F.K.)からの支援を受けています。

参考文献

  1. Lancaster MA, Knoblich JA. Generation of cerebral organoids from human pluripotent stem cells. Nature Protocols. 2014;9(10):2329-40.
  2. Chhibber T et al. CNS organoids: an innovative tool for neurological disease modeling and drug neurotoxicity screening. Drug Discovery Today. 2020;25(2):456-65.
  3. Eichmüller OL, Knoblich JA. Human cerebral organoids — a new tool for clinical neurology research. Nature Reviews Neurology. 2022;18(11):661-80.
  4. Al-Obaidi MMJ et al. Disruption of the blood brain barrier is vital property of neurotropic viral infection of the central nervous system. Acta Virologica. 2018;62(1):16-27.
  5. Lancaster MA et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 2013;501(7467):373-9.
  6. Kelava I, Lancaster MA. Dishing out mini-brains: Current progress and future prospects in brain organoid research. Developmental Biology. 2016;420(2):199-209.
  7. Velasco S et al. Individual brain organoids reproducibly form cell diversity of the human cerebral cortex. Nature. 2019;570(7762):523-7.
  8. Giandomenico SL et al. Cerebral organoids at the air–liquid interface generate diverse nerve tracts with functional output. Nature Neuroscience. 2019;22(4):669-79.
  9. Lancaster MA, Knoblich JA. Organogenesis in a dish: Modeling development and disease using organoid technologies. Science. 2014;345(6194):1247125.
  10. Elvira R, Tan EK, Zhou ZD. Three-dimensional midbrain organoids: a next-generation tool for Parkinson’s disease modelling and drug discovery. Stem Cell Research & Therapy. 2025;16(1):502.
  11. Kim S, Chang MY. Application of Human Brain Organoids—Opportunities and Challenges in Modeling Human Brain Development and Neurodevelopmental Diseases. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(15):12528.
  12. Noctor SC et al. Dividing Precursor Cells of the Embryonic Cortical Ventricular Zone Have Morphological and Molecular Characteristics of Radial Glia. The Journal of Neuroscience. 2002;22(8):3161-73.
  13. Sun XY et al. Generation of vascularized brain organoids to study neurovascular interactions. eLife. 2022;11:e76707.
  14. Onesto MM, Kim J, Pasca SP. Assembloid models of cell-cell interaction to study tissue and disease biology. Cell Stem Cell. 2024;31(11):1563-73.
  15. Liu D et al. Innate Immune Effectors Play Essential Roles in Acute Respiratory Infection Caused by Klebsiella pneumoniae. Journal of Immunology Research. 2020;2020:5291714.
  16. Louveau A, Harris TH, Kipnis J. Revisiting the Mechanisms of CNS Immune Privilege. Trends in Immunology. 2015;36(10):569-77.
  17. Zhou T et al. High-Content Screening in hPSC-Neural Progenitors Identifies Drug Candidates that Inhibit Zika Virus Infection in Fetal-like Organoids and Adult Brain. Cell Stem Cell. 2017;21(2):274-283.e5.
  18. Watanabe M et al. Self-Organized Cerebral Organoids with Human-Specific Features Predict Effective Drugs to Combat Zika Virus Infection. Cell Reports. 2017;21(2):517-32.
  19. Xu M et al. Identification of small-molecule inhibitors of Zika virus infection and induced neural cell death via a drug repurposing screen. Nature Medicine. 2016;22(10):1101-7.
  20. Xu YP et al. Zika virus infection induces RNAi-mediated antiviral immunity in human neural progenitors and brain organoids. Cell Research. 2019;29(4):265-73.
  21. Pettke A et al. Broadly Active Antiviral Compounds Disturb Zika Virus Progeny Release Rescuing Virus-Induced Toxicity in Brain Organoids. Viruses. 2020;13(1):37.
  22. Mesci P et al. SARS-CoV-2 infects human brain organoids causing cell death and loss of synapses that can be rescued by treatment with Sofosbuvir. PLOS Biology. 2022;20(11):e3001845.
  23. Lafaille FG et al. Impaired intrinsic immunity to HSV-1 in human iPSC-derived TLR3-deficient CNS cells. Nature. 2012;491(7426):769-73.
  24. Bellizzi A et al. Suppression of HSV-1 infection and viral reactivation by CRISPR-Cas9 gene editing in 2D and 3D culture models. Molecular Therapy. Nucleic Acids. 2024;35(3):102282.
  25. Karrasch M et al. Rapid acquisition of acyclovir resistance in an immunodeficient patient with herpes simplex encephalitis. Journal of the Neurological Sciences. 2017;384:89-90.
  26. Collotta D, Bertocchi I, Chiapello E, Collino M. Antisense oligonucleotides: a novel Frontier in pharmacological strategy. Frontiers in Pharmacology. 2023;14:1304342.
  27. Robertson K, Liner J, Meeker RB. Antiretroviral neurotoxicity. Journal of NeuroVirology. 2012;18(5):388-99.
  28. Akay C et al. Antiretroviral drugs induce oxidative stress and neuronal damage in the central nervous system. Journal of NeuroVirology. 2014;20(1):39-53.
  29. Fan P et al. The Application of Brain Organoids in Assessing Neural Toxicity. Frontiers in Molecular Neuroscience. 2022;15:799397.
  30. Kong W et al. Neuroinflammation generated by HIV-infected microglia promotes dysfunction and death of neurons in human brain organoids. PNAS Nexus. 2024;3(5):pgae179.
  31. dos Reis RS et al. Modeling HIV-1 neuropathogenesis using three-dimensional human brain organoids (hBORGs) with HIV-1 infected microglia. Scientific Reports. 2020;10(1):15209.
  32. Donadoni M et al. Modeling HIV-1 infection and NeuroHIV in hiPSCs-derived cerebral organoid cultures. Journal of Neurovirology. 2024;30(4):362-79.
  33. Mehta M et al. Lipid-Based Nanoparticles for Drug/Gene Delivery: An Overview of the Production Techniques and Difficulties Encountered in Their Industrial Development. ACS Materials Au. 2023;3(6):600-19.
  34. Liu J et al. BNT162b2-elicited neutralization of Delta plus, Lambda, Mu, B.1.1.519, and Theta SARS-CoV-2 variants. npj Vaccines. 2022;7(1):41.
  35. Wilson B, Geetha KM. Lipid nanoparticles in the development of mRNA vaccines for COVID-19. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2022;74:103553.
  36. Khare P et al. Lipid nanoparticle-mediated drug delivery to the brain. Advanced Drug Delivery Reviews. 2023;197:114861.
  37. Zhao Z et al. Red Blood Cell Anchoring Enables Targeted Transduction and Re-Administration of AAV-Mediated Gene Therapy. Advanced Science. 2022;9(24):2201293.
  38. Bergmann S et al. Blood–brain-barrier organoids for investigating the permeability of CNS therapeutics. Nature Protocols. 2018;13(12):2827-43.
  39. Mészáros M et al. Targeting Human Endothelial Cells with Glutathione and Alanine Increases the Crossing of a Polypeptide Nanocarrier through a Blood–Brain Barrier Model and Entry to Human Brain Organoids. Cells. 2023;12(3):503.
  40. Lee SWL et al. Modeling Nanocarrier Transport across a 3D In Vitro Human Blood-Brain-Barrier Microvasculature. Advanced Healthcare Materials. 2020;9(7):e1901486.
  41. Sokolova V et al. Transport of ultrasmall gold nanoparticles (2 nm) across the blood–brain barrier in a six-cell brain spheroid model. Scientific Reports. 2020;10(1):18033.
  42. Kostka K et al. The Application of Ultrasmall Gold Nanoparticles (2 nm) Functionalized with Doxorubicin in Three-Dimensional Normal and Glioblastoma Organoid Models of the Blood–Brain Barrier. Molecules. 2024;29(11):2469.
  43. Park SB et al. Gold nanoparticle-assisted delivery of brain-derived neurotrophic factor to cerebral organoids. Nano Research. 2022;15(4):3099-105.
  44. Da Silva-Candal A et al. Shape effect in active targeting of nanoparticles to inflamed cerebral endothelium under static and flow conditions. Journal of Controlled Release. 2019;309:94-105.
  45. Park TE et al. Hypoxia-enhanced Blood-Brain Barrier Chip recapitulates human barrier function and shuttling of drugs and antibodies. Nature Communications. 2019;10(1):2621.
  46. Mantle JL, Lee KH. Immunoglobulin G transport increases in an in vitro blood–brain barrier model with amyloid-β and with neuroinflammatory cytokines. Biotechnology and Bioengineering. 2019;116(7):1752-61.
  47. Branscome H et al. Retroviral infection of human neurospheres and use of stem Cell EVs to repair cellular damage. Scientific Reports. 2022;12(1):2019.
  48. Kim HK et al. Engineered small extracellular vesicles displaying ACE2 variants on the surface protect against SARS-CoV-2 infection. Journal of Extracellular Vesicles. 2022;11(1):e12179.
  49. Deschamps T, Kalamvoki M. Extracellular Vesicles Released by Herpes Simplex Virus 1-Infected Cells Block Virus Replication in Recipient Cells in a STING-Dependent Manner. Journal of Virology. 2018;92(18):e01102-18.
  50. Leite PEC et al. Suitability of 3D human brain spheroid models to distinguish toxic effects of gold and poly-lactic acid nanoparticles to assess biocompatibility for brain drug delivery. Particle and Fiber Toxicology. 2019;16(1):22.
  51. Kumarasamy M, Sosnik A. Heterocellular spheroids of the neurovascular blood-brain barrier as a platform for personalized nanoneuromedicine. iScience. 2021;24(3):102183.
  52. Liu L et al. The cytotoxicity of zinc oxide nanoparticles to 3D brain organoids results from excessive intracellular zinc ions and defective autophagy. Cell Biology and Toxicology. 2023;39(1):259-75.
  53. Venegas C, Heneka MT. Danger-associated molecular patterns in Alzheimer’s disease. Journal of Leukocyte Biology. 2017;101(1):87-98.
  54. Lester SN, Li K. Toll-Like Receptors in Antiviral Innate Immunity. Journal of Molecular Biology. 2014;426(6):1246-64.
  55. Slowikowski E, Willems C, Marques PE. Leukocyte recruitment in flavivirus-induced encephalitis. Frontiers in Immunology. 2025;16:1650903.
  56. Rendon-Mitchell B et al. IFN-γ Induces High Mobility Group Box 1 Protein Release Partly Through a TNF-Dependent Mechanism. The Journal of Immunology. 2003;170(7):3890-7.
  57. Schiraldi M et al. HMGB1 promotes recruitment of inflammatory cells to damaged tissues by forming a complex with CXCL12 and signaling via CXCR4. Journal of Experimental Medicine. 2012;209(3):551-63.
  58. Soong L et al. Type 1-skewed neuroinflammation and vascular damage associated with Orientia tsutsugamushi infection in mice. PLOS Neglected Tropical Diseases. 2017;11(7):e0005765.
  59. Shastri A, Bonifati DM, Kishore U. Innate Immunity and Neuroinflammation. Mediators of Inflammation. 2013;2013:1-19.
  60. Saifuddin M et al. Role of virion-associated glycosylphosphatidylinositol-linked proteins CD55 and CD59 in complement resistance of cell line-derived and primary isolates of HIV-1. The Journal of Experimental Medicine. 1995;182(2):501-9.
  61. Bennett JM, Reeves G, Billman GE, Sturmberg JP. Inflammation–Nature’s Way to Efficiently Respond to All Types of Challenges: Implications for Understanding and Managing “the Epidemic” of Chronic Diseases. Frontiers in Medicine. 2018;5:316.
  62. Deeks SG, Tracy R, Douek DC. Systemic Effects of Inflammation on Health during Chronic HIV Infection. Immunity. 2013;39(4):633-45.
  63. Zapata HJ, Shaw AC. Aging of the human innate immune system in HIV infection. Current Opinion in Immunology. 2014;29:127-36.
  64. Peluso MJ et al. Markers of Immune Activation and Inflammation in Individuals With Postacute Sequelae of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 Infection. The Journal of Infectious Diseases. 224(11):1839-48.
  65. Brodin P. Immune determinants of COVID-19 disease presentation and severity. Nature Medicine. 2021;27(1):28-33.
  66. Marcocci ME et al. Herpes Simplex Virus-1 in the Brain: The Dark Side of a Sneaky Infection. Trends in Microbiology. 2020;28(10):808-20.
  67. Hait AS et al. Defects in LC3B2 and ATG4A underlie HSV2 meningitis and reveal a critical role for autophagy in antiviral defense in humans. Science Immunology. 2020;5(54):eabc2691.
  68. Collins-McMillen D, Buehler J, Peppenelli M, Goodrum F. Molecular Determinants and the Regulation of Human Cytomegalovirus Latency and Reactivation. Viruses. 2018;10(8):444.
  69. Pizzigallo E, Racciatti D, Gorgoretti V. EBV CHRONIC INFECTIONS. Mediterranean Journal of Hematology and Infectious Diseases. 2010;2(1):e2010022.
  70. Piazzidan K et al. Immune and Immune-Integrated Organoids as NextGeneration Platforms for Disease Modeling. MedComm. 2025;6(12):e70531.
  71. Ormel PR et al. Microglia innately develop within cerebral organoids. Nature Communications. 2018;9(1):4167.
  72. Huang Y et al. Research Progress, Challenges, and Breakthroughs of Organoids as Disease Models. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2021;9:740574.
  73. Chu JTS, Lamers MM. Organoids in virology. npj Viruses. 2024;2(1):5.
  74. Aguilar C et al. Organoids as host models for infection biology – a review of methods. Experimental & Molecular Medicine. 2021;53(10):1471-82.
  75. Volpato V et al. Reproducibility of Molecular Phenotypes after Long-Term Differentiation to Human iPSC-Derived Neurons: A Multi-Site Omics Study. Stem Cell Reports. 2018;11(4):897-911.
  76. Kim J, Koo BK, Knoblich JA. Human organoids: model systems for human biology and medicine. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2020;21(10):571-84.
  77. Sabate-Soler S, Kurniawan H, Schwamborn JC. Advanced brain organoids for neuroinflammation disease modeling. Neural Regeneration Research. 2023;19(1):154-5.
  78. Buonfiglioli A et al. A microglia-containing cerebral organoid model to study early life immune challenges. Brain, Behavior, and Immunity. 2025;123:1127-46.
  79. Zhu Z et al. Advances in the Development and Application of Human Organoids: Techniques, Applications, and Future Perspectives. Cell Transplantation. 2025;34:09636897241303271.
  80. Kistemaker L, Bodegraven EJ, Vries HE, Hol EM. Vascularized human brain organoids: current possibilities and prospects. Trends in Biotechnology. 2025;43(6):1275-85.
  81. Zhang S, Wan Z, Kamm RD. Vascularized organoids on a chip: strategies for engineering organoids with functional vasculature. Lab on a Chip. 2021;21(3):473-88.
  82. Kshirsagar et al. Multi-Region Brain Organoids Integrating Cerebral, Mid-Hindbrain, and Endothelial Systems. Advanced Science. 2025. Available from: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202503768.
  83. Zhao HH, Haddad G. Brain organoid protocols and limitations. Frontiers in Cellular Neuroscience. 2024;18.
  84. Gan Z et al. Recent advances in defined hydrogels in organoid research. Bioactive Materials. 2023;28:386-401.
  85. Shi H et al. Organoid intelligence: Integration of organoid technology and artificial intelligence in the new era of in vitro models. Medicine in Novel Technology and Devices. 2024;21:100276.
  86. Okamoto T et al. Integration of human inspection and artificial intelligence-based morphological typing of patient-derived organoids reveals interpatient heterogeneity of colorectal cancer. Cancer Science. 2022;113(8):2693-703.
  87. Kowalczewski A et al. Design optimization of geometrically confined cardiac organoids enabled by machine learning techniques. Cell Reports Methods. 2024;4(6):100798.

再版と許可

タグ

234 234 3D
お問い合わせ
図書館への推薦

プライバシー

利用規約

ポリシー

著作権 © 2026 MyJoVE Corporation. 無断転載を禁じます。