인간 '미니 뇌'로 쥐의 뇌 손상을 복구하는 실험에 첫 성공

인간 '미니 뇌'로 쥐의 뇌 손상을 복구하는 실험에 첫 성공

데일리 포스트 2023-02-07 17:49:00 신고

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ⓒ데일리포스트=이미지 제공/Unsplash

ㅣ데일리포스트=김정은 기자ㅣ인간 뇌의 미니어처 모델인 '뇌 오가노이드(유사장기)'를 실험실에서 키워, 이를 이용해 쥐의 뇌 손상 부위를 복구시키는 동물 실험에 성공했다. 향후 뇌 오가노이드를 통해 인간의 뇌를 치료할 수 있을지 주목을 모으고 있다. 

미국 펜실베이니아대 페렐만 의대 연구팀은 인간의 시각 피질 신경세포를 실험실에서 지름 1.5㎜의 뇌 오가노이드로 키워 시각 피질에 손상을 입은 쥐의 뇌에 이식하는 실험에 도전했다. 그리고 그 결과를 줄기세포 분야 국제학술지 '셀 스템 셀(Cell Stem Cell)'에 발표했다. 

빛이 눈의 망막에 닿으면 전기 메시지가 '1차' 시각야에 전달되어 눈앞에 있는 사물의 기본적 특징을 해석하기 시작한다. 이 데이터는 분석을 한 단계 더 진행하기 위한 '2차' 시각야로 전송된다. 연구팀은 2차 시각야에 중대한 손상을 입은 성체 쥐에게 뇌 오가노이드를 이식했다.

앞선 연구에서 연구자들은 개별 뇌세포를 다양한 연령의 건강한 설치류에 이식했지만, 뇌 오가노이드 이식은 젊고 건강한 설치류로 한정되어 있었다. 

ⓒ데일리포스트=이미지 제공/Cell Stem Cell

펜실베이니아대 아이작 첸 신경외과 교수는 이번 실험은 늙고 뇌 손상을 입은 쥐에게 뇌 오가노이드를 이식했다는 점에서 "뇌 오가노이드를 통해 뇌 손상을 치료하기 위한 새로운 지평을 연 것"이라고 강조했다.  

연구팀은 80일 동안 과학적 신호를 이용해 줄기세포를 유도해, 인간 대뇌피질에서 볼 수 있는 많은 종류의 세포를 포함한 3차원 덩어리를 생성했다. 바로 뇌 오가노이드이다. 대뇌피질에는 6개의 층이 있는데 80일째 실험실에서 배양한 뇌 오가노이드에 대뇌피질에서 볼 수 있는 초보적인 층이 형성된 것을 발견했다. 

첸 교수는 "뇌 오가노이드에서 확인한 구조는 뇌가 실제로 어떻게 기능하는지 정의하는 데 매우 중요하다"면서도 "여러가지 면에서 실제 대뇌피질과 유사하지만 결코 완전한 복사본이라고는 할 수 없다"고 말했다.

연구팀은 2차 시각야에 중대한 손상을 입은 생쥐 두개골 일부를 제거하고 뇌 오가노이드를 뇌에 이식했다. 수술 후 면역억제제를 투여했으며 거부반응은 나타나지 않았다. 

해당 오가노이드는 점차 쥐 뇌와 결합해 혈액을 공급받으며 몇 배로 성장했다. 그리고 수술 3개월이 지난 시점에 쥐에 이식한 뇌 오가노이드와 쥐 뇌에 남아있던 시각처리 시스템이 물리적으로 연결됐다. 연구팀은 형광 트레이서를 이용해 뇌 오가노이드가 쥐의 망막과 잘 결합했음을 확인한 후, 실제로 쥐에게 점멸하는 빛 등 시각 자극을 주자 일반 시각야처럼 이식한 뇌 오가노이드가 활성화됐다.

다만 연구팀은 상세한 시력 확인 테스트나 이식 수술 후 쥐 시각 능력이 어떻게 변화했는지는 조사하지 않았다. 앞으로는 운동을 제어하는 운동 피질 등 뇌의 다른 부분에 뇌 오가노이드를 이식할 수 있는지 테스트하고 그 통합 속도와 범위를 제어하는 요인을 연구할 예정이다. 

첸 교수는 이번 실험 결과에 대해 "뇌조직 손상으로 중단된 신경기능을 회복시키기 위한 첫 번째 단계라고 생각한다"며 "최종적으로 뇌 오가노이드 이식은 ▲뇌의 외상 ▲뇌졸중 후의 뇌 기능 ▲파킨슨병 등 신경변성 질환을 치료하는 데 도움이 될 수 있다"는 견해를 밝혔다. 

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