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지적 장애 및 간질을 유발할 수 있는 상태인 신경성 헤테로토피(heterotopia) 환자로부터 기증받은 피부 생검 세포 조직으로부터 뇌 인공조직(organoids)을 배양하고 있다. 이 연구는 막스 플랑크 정신과학 연구소(Max Planck Institute of Psychiatry)가 이 수행하고 있다. 뇌 인공조직이라고 불리는 이 뇌 발달 모델은 배양접시에서 스스로 뇌와 유사한 구조를 갖도록 발달하여 조직을 구성한다. 신경성 헤테로토피는 피질(cortex)이라고 불리는 뇌의 가장 바깥 층에 기형이 발생하는 장애다. 피질 기형은 신경 장애의 주요 원인이다. 헤테로토피는 발달 과정에서 분산된 신경이 이동하는 중에 발현되는 유전 장애 중에 하나다. 막스 플랑크 과학자들은 뇌 인공조직을 이용해 헤테로토피 장애를 실험실에서 정확히 재연할 수 있게 되었으며, 장애를 가진 사람들에서 기증받아 배양한 인공조직 내의 세포가 정상 세포와 다른 형태(morphology)와 이동체계를 가지고 있음을 발견했다. 특히 장애 세포에서 독특한 점과 완전히 새로운 분자 표지를 찾을 수 있었는데, 이것은 치료를 위한 표적이나 전략을 마련하기 위한 잠재적인 아이디어를 제공해줄 것으로 보인다. 이전에도 동물을 대상으로 한 연구를 통해 뇌 기능에 대한 많은 통찰력을 얻을 수 있었지만 사람의 뇌는 동물 모델과 달리 매우 다른 발달 과정을 거치기 때문에 한계를 가지고 있었다. 일부 연구에서는 사람의 뇌를 이용하기도 했지만 시신 기증이나 배양 세포에 의존해야 했다. 이처럼 사람의 뇌 조직을 얻기 어렵기 때문에 인간 뇌를 모델링하는 건 제한적이었고 인간 질병을 모델하고 뇌를 연구하는 분야에는 큰 간격이 존재해 왔다. 막스 플랑크 정신의학 연구소의 카펠로(Cappello) 연구팀은 라이프치히의 진화 인류학 연구소의 바바라 트레툴린(Barbara Treutlein) 연구팀과 긴밀하게 협력하면서 뇌 기능 이상을 모델링하기 위해 뇌 인공조직을 이용했다. 이 인공조직은 매우 정확하게 발달과정에서 뉴런의 차이점을 재연할 수 있기 때문에 신경과학 분야에서 혁명을 일으키고 있다. 발달 과정에서 인간의 두뇌의 새로운 세포가 성장하고 모이는 과정은 매우 특정한 순서대로 일어난다. 연구에 사용된 뇌 인공조직은 기증받은 피부 생검 세포에서 성장한 것이다. 연구를 주도한 실비아 카펠로(Silvia Cappello)는 “피부 조직을 만능 줄기세포로 재프로그램했다. 이 만능 줄기세포는 여러 형태의 뇌세포로 세분화될 수 있다. 여러 형태의 뇌세포는 실제 사람의 뇌에서 볼 수 있는 방식으로 상호작용하거나 거동하는 것을 연구하는데 도움을 줄 수 있다”고 말했으며, “뇌 인공조직은 어떻게 뇌세포가 기능하고 신경 질환을 정확하게 모델링할 수 있는 분명한 방법을 보여준다”고 덧붙였다. 체외에서 뇌 발달을 모델링할 수 있는 능력은 엄청난 가치를 가지고 있다. 이미 뇌 인공조직은 지카 바이러스, 알츠하이머, 자폐증과 같은 질병을 과학자들이 더 잘 이해할 수 있도록 해주고 있다. 뇌 인공조직은 개별 환자의 세포에서 발생시킬 수 있기 때문에 환자에게서 어떤 일이 일어나는지 정확하게 연구할 수 있는 방법을 제공한다. 카펠로는 뇌 인공조직을 검증하는 것은 새로운 치료법을 찾는데 밝은 전망을 제시할 뿐만 아니라 발달 및 신경 장애를 이해하는데 큰 도움을 줄 수 있는 중요한 진전이라고 말했다. |
