ヒトの時間や形態は、他の動物と大きく異なります。例えば、ヒトの妊娠期間は約9か月ですが、マウスはわずか20日、ゾウでは2年近くに及びます。初期発生時間、心拍、脳の形態など、動物種ごとに固有の特徴は広く知られていますが、種特異的な時間や形態を生み出す原理は、いまだほとんど解明されていません。その大きな理由の一つは、多様な動物種の胚を入手し同じ条件で解析することが極めて難しいためです。
私たちは、この課題を克服するため、多様な哺乳類の多能性幹細胞から特定の細胞種やオルガノイドを作製する「幹細胞動物園」を構築しています。この in vitro プラットフォームにより、多様な動物種を同一条件下で定量的に比較できるだけでなく、遺伝子や細胞環境を操作し、その影響を直接検証することが可能になります。
これまでに、マウス、ウサギ、ウシ、サイ、ヒト、マーモセットの幹細胞から体節時計（初期発生時間のモデル）を再現し、霊長類の細胞では生化学反応速度が遅いために初期発生時間が長くなるというモデルを提唱しました（図1）。
Adapted from Matsuda et al., Science (2020) & Lázaro et al., Cell Stem Cell (2023).
また、マウス、ヒト、ゴリラ、チンパンジーの脳オルガノイドを比較することで、ヒトの神経組織は他の種よりも変形しやすいという新たな生物物理学的特徴を見いだしました（図2）。現在は、この比較研究を心拍などの生理機能にも拡張しています。
Adapted from Xu et al., bioRxiv (2025)
このように種特異的な時間や形態の原理を解明していくと同時に、その原理の操作も目指しています。幹細胞動物園を使った in vitro 系は、胚よりも操作性に優れており、組織の時間や形を操作する合成生物学的手法も開発しています。例えば最近、脳オルガノイドの形態を操作する技術を開発しました（図３）。
Adapted from Martínez-Ara et al., Nat Commun (2022) & Marchenko et al., bioRxiv (2026).
私たちの最終的な目標は、発生時間、心拍、脳の形態形成などを制御する分子・生物物理学的因子を定量的に解明し、それらを自在に操作することで、他の動物の特徴を備えたヒト組織を創出することです。
主要論文
Matsuda M, Hammarén H, Lázaro J, et al.
Systematic differences in protein stability underlie species-specific developmental tempo.
Developmental Cell
in press, (2026)
doi: 10.1016/j.devcel.2026.07.012
Sanaki-Matsumiya M, Villava C, Rappez L, et al.
Self-organization of vascularized skeletal muscle from bovine embryonic stem cells.
Nature Communications
in press, (2026)
doi: 10.1101/2024.03.22.586252
Marchenko M, Martínez Ara G, Pulikkal J, et al.
Synthetic lumen rounding directs neural progenitor division mode.
bioRxiv
(2026)
doi: 10.64898/2026.03.30.715222
Xu S, Kim S, Li G, et al.
Species-specific basal fluidization shapes early forebrain development.
bioRxiv
(2025)
doi: 10.1101/2025.10.07.680907
Stapornwongkul K, Hahn E, Poliński P, et al.
Glycolytic activity instructs germ layer proportions through regulation of Nodal and Wnt signaling.
Cell Stem Cell
32(5), 744-758 (2025)
doi: 10.1016/j.stem.2025.03.011
Matsuda M, Lázaro J, Ebisuya M.
Metabolic activities are selective modulators for individual segmentation clock processes.
Nature Communications
16, 845 (2025)
doi: 10.1038/s41467-025-56120-5
Lázaro J, Costanzo M, Sanaki-Matsumiya M, et al.
A stem cell zoo uncovers intracellular scaling of developmental tempo across mammals.
Cell Stem Cell
30(7), 938-949 (2023)
doi: 10.1016/j.stem.2023.05.014
Martínez-Ara G, Taberner N, Takayama M, et al.
Optogenetic control of apical constriction induces synthetic morphogenesis in mammalian tissues.
Nature Communications
13, 5400 (2022)
doi: 10.1038/s41467-022-33115-0
Sanaki-Matsumiya M, Matsuda M, Gritti N, et al.
Periodic formation of epithelial somites from human pluripotent stem cells.
Nature Communications
13, 2325 (2022)
doi: 10.1038/s41467-022-29967-1
Matsuda M, Hayashi H, Garcia-Ojalvo J, et al.
Species-specific segmentation clock periods are due to differential biochemical reaction speeds.
Science
369, 1450-1455 (2020)
doi: 10.1126/science.aba7668
メンバー
戎家 美紀
チームディレクター
