「腎臓の分子地図：MALDIイメージング質量分析と解釈可能な機械学習で新たな脂質バイオマーカーを発見」

腎臓の分子地図が作成され、新たな腎臓健康・疾患への手がかりを提示 腎臓は、体の老廃物を排出し、水分を調節する重要な器官である。しかし、腎臓機能における脂質の役割は、トラン スクリプトオミクスやプロテオミクスの進歩にもかかわらず、相対的に探索されてこなかった。これを改变する新しい研究が、ヴァンダービルト大学のJeff Spraggins氏の研究グループと、デルフト工科大学のRaf Van de Plas氏のグループによって、『Science Advances』に発表された。 新研究では、マルディイメージング質量分析（MALDI IMS）と解釈可能な機械学習を活用して、29人の腎臓提供者から收集した標本の高精度分子地図が作成された。この地図は、100,000以上の個々の機能的組織単位（FTU）で10マイクロメートルのピクセル単位での詳細な脂質データを提供している。映像質量分析やパースニカーゼ硝酸銀（PAS）染色等のモダリティを組み合わせ、それぞれの組織単位内の独特の脂質バイオマ커を特定した。 Spraggins氏は、「これは私たちがこれまで行った中で最も野心的かつ包括的なマルモーダル分子イメージングスタディ」と述べている。「腎臓の解剖学的および機能的領域と脂質構成を空間的にリンクさせることで、人間のネフロンの各成分に対する分子バーコードを効果的に生成することができた。」 具体的な成果としては、特定のスフィンゴミエリンが糸球体に特異的に豊富に存在することが確認され、これが腎臓の濾過機能に重要である細胞タイプをサポートする役割を持っている可能性がある。また、サルファティドやホスファチジルセリンといった他の脂質クラスは、ヘンレルループや近位尿細管などで栄養素再吸収やイオン輸送に関与していることが明らかになった。 さらに、Sex（性別）やBMI（ボディーマスマス インデックス）による脂質プロファイルの変化も解析された。解釈可能な機械学習モデルを利用して、アルキド酸を含むホス リポジドが性差に依存する生理学やホルモン調節と関連していることが示された。それとは別に、肥満に関連した腎組織の変化、糸球体硬化を示す指標として特定の Hospatidyl cholinesやスフィンゴミエリンが同定された。 Spraggins氏は、「これは腎臓のGoogleマップのようなものだ。道路やランドマークのかわりに、 celular organizationやmolecular signatures を地図化している」と比喩している。「地形が見えることで、より精緻な導航や介入が可能になるのだ。」 本研究の潜在的な利点は大きく、腎臓組織における細胞と分子の配列の関係性の理解の深化、患者の疾患リスクのより正確な層別化、最終的には脂質を対象とした疾患治療介入への道を拓くことにある。 共同第一著者のMelissa Farrow教授は、「このatlasは分子レベルでの基準を確立している。これにより、病気の組織と基準を比較することで、病理状態の下 基となる脂質の攪乱を特定し始めることが可能になる」と解説している。 このプロジェクトは、脂質オミクスを生物医学の主流に統合する革新的なステップであり、分子の視点から臓器を再定義するものだ。 産業の動向と研究グループの紹介 本データセットとツールは、NIH（National Institutes of Health）が主導するHuBMAP（Human Biomolecular Atlas Program）を通じて無料で公開されている。これにより、研究コミュニティ全体が新しい仮説を追求できるようになる。BIOMIC（Biomolecular Multimodal Imaging Center）は、6年間にわたって人間の腎臓だけでなく他の臓器システムの地図化に取り組んできた。ヴァンダービルト大学やVanderbilt University Medical Centerの臨床医、およびデルフト工科大学のデータサイエンティストらと共に、この画期的な地図の開発に成功した。 研究の知見は、腎臓疾患の新しい診断マーカーや治療ターゲットとなる可能性があり、腎臓関連の疾患に対するより精密なアプローチを可能にするだろう。