人間を遠隔操作できる未来はくるのか？　細胞を操る「光遺伝学」の正体

ヒトは遠隔操作できるのか

ステファン・チン氏：猫を遠隔操作できると想像してみてください。かわいい子猫の頭にある受信機を遠くからボタンで操って、歩かせたり、円を描いて回らせたり、そして止まったり、動かしたりできます。

また、ボタンを押すことで、眠らせることも、傷つけるような痛みの感覚もオフにすることができます。もっと奇妙なことに、そのような方法で自分の身体を制御はできるでしょうか？　もちろん、科学技術によって、ある日そのようなことが可能になるかもしれません。

可能性があるのは、細胞の機能と光によって制御するテクノロジー「光遺伝学」です。マインドコントロールのように思われるかもしれませんが、光遺伝学は特定の細胞がどう動くか知るのに、非常に有用な方法です。

「イオンチャネル受容体」は細胞に降下する電気信号を停止したり、開始したりする一種のスイッチのようなものです。

通常、神経伝達物質は受容体に格納されるときに活性化します。貯蓄された原子やイオンを細胞まで動かすために指令する要因となり、他の細胞が停止し燃焼させる電流を生成します。イオンチャネルは、最終的に人体を動かし機能させます。

神経伝達物質の代わりに、光遺伝学はこのプロセスを制御するために光を用います。光ファイバー線を用い、1,000分の1秒という正確な光の波動を小細胞群に直接伝達します。

そして、これをきっかけにしてイオンチャネルが開き、信号を送信し始めます。

光遺伝学の応用研究

光遺伝学の発見前、イオンチャネルを制御できる可能性が模索されてきました。制御できると、疾患の研究などに応用できる場合もあります。投薬や電気ショックのような他の方法では、疾患の治療が正確にできないこともあります。神経の研究には正確な光の信号を必要とします。

イオンチャネルが作用するのは、微生物や海藻などに見られる、特別なタンパク質「オプシン」のおかげです。それらは特定の光の粒子に晒されると、電子的な信号を発し、細胞のイオンチャネルを開きます。

1970年代、バクテリアでもあるオプシンは、緑の光に反応してイオンチャネルを開くことが発見されました。現在では、あらゆる種類の光に反応して神経の燃焼を止めるなどのことがわかっています。

しかしながら、どれだけ多くのオプシンが発見されても、21世紀初頭までは、科学者たちはその効果を理解していませんでした。効果が認識されるようになると、オプシンを動物の細胞に注入し、迅速かつ正確にイオンチャネルを制御できるようにしました。

2005年、『Nature Neuroscience』ジャーナルでは、研究者たちは、オプシンをネズミの脳の細胞への注入に成功したと発表しました。これは実験に使うペトリ皿の上での研究だったため、生きた動物の細胞ではありませんでした。ペトリ皿のなかで青い光を当てると、電気の波長が見えることがわかりました。たくさんの光を知覚する脳細胞が作れることがわかったのです。

しかし、生きている哺乳類でこの実験を行うのは困難です。オプシンを生きた細胞に注入することは難易度が高い。これを行うために、研究者たちは、特別なウイルスを開発しました。ウイルスが動物の細胞の表面上でたんぱく質を変化させ、動物の脳に道の役割を果たすワイヤーをつくりました。そして、神経を操作するためにLEDやレーザーを使用しました。

2007年、光遺伝学をネズミの大脳皮質に適用し、青い光をネズミの脳の視神経に伝達しました。円を描きながら歩くネズミは、光を消すと停止しました。大変奇妙なことですね。

光遺伝学が差す光

ほかにも光遺伝学は、細胞の活動と身体機能の相関関係を検証するために使用されています。

例えば、『Nature Journal』のある研究では、細胞を操作することで、ハエを眠らせ、指令によって起こすことができるとしました。同様の細胞は、ハエの体内の睡眠時計と関わっており、人間の細胞と類似性があります。

研究者たちは、光遺伝学をネズミを用いた空腹の研究に応用しました。これは人間の肥満の研究にも役立ちます。ある種の疾患の治療を進めるのにも有用です。

2011年に戻りますが、『Molecular Therapy』では、研究者たちは、光遺伝学を盲目のネズミたちが光の知覚を細胞に蓄えることを記しています。網膜の光感知細胞を破壊し盲目を引き起こす「盲目色素変成性」の患者を治療する研究を進めるのに、この研究がいつか役立つといえます。

『Neuron』では、ネズミが持つ特殊な神経が、運動制御に関与していることを詳しく説明されています。人間でも似たようなケースが見られます。脳の細胞が似ており、パーキンソン病の治療にも光が差すかもしれません。

ネズミやハエなどの脳が、人間と似た構造をしていても、人間の脳はずっと複雑です。脳を経由して、全ての人間を遠隔操作できるようになるのに、まだ研究が必要です。しかし、いつかは、私たちの身体の中で光遺伝学の小さな物質が働く未来も近いかもしれません。サイボーグのような神経移植や心理療法ができて、遠くから操作できるようになる可能性もあります。