인간의 작은 뇌로 쥐 뇌 손상 복구 성공

 

실험실에서 키운 '뇌 오르가노이드(미니 뇌)'로 살아있는 생쥐의 뇌 손상 부위를 복구하는 데 성공했다. 이는 미래에 인간의 뇌를 복구할 수 있는 가능성을 시사한다.

펜실베이니아대 페렐만의대 신경외과 조교수인 한샤오 이삭 첸(Han-Chiao Isaac Chen) 연구팀은 인간 줄기세포에서 성장시킨 미니 뇌를 쥐 시각피질(visual cortex)에 이식하는 데 성공했다.

연구 결과(논문명: Structural and functional integration of human forebrain organoids with the injured adult rat visual system)는 줄기세포 연구 전문 과학지 셀스템셀(Cell Stem Cell)에 2월 2일(현지시각) 실렸다.

 

 

빛이 눈의 망막에 닿으면 전기 메시지가 1차 시각피질에 전달되어 눈앞에 있는 사물의 기본적인 특징을 해석하기 시작한다. 이 데이터는 분석을 한 단계 더 나아가기 위해 2차 시각피질로 전송한다. 연구팀 이 2차 시각피질에 중대한 손상을 입은 성체 쥐에게 미니 뇌를 이식하는 실험을 했다.

과거 연구에서 과학자들은 개별 뇌세포를 다양한 나이의 건강한 설치류에 이식해 왔다 하지만 미니뇌 이식은 젊고 손상이 없는 설치류에 한정되어 왔다. 그러나 이번 실험에서는 늙고 손상이 있는 쥐에게 미니 뇌를 이식했다. 

연구팀은 다른 종류의 세포를 만들어낼 수 있는 인간 줄기세포를 이용해 미니 뇌를 배양했다. 80일 동안 과학적 신호를 이용해 줄기세포를 유도하고 인간 대뇌피질에서 볼 수 있는 많은 종류의 세포를 포함한 3차원 덩어리를 생성했다. 

대뇌피질에는 6개 층이 있는데 80일째에는 실험실에서 배양한 미니 뇌에 대뇌피질에서 볼 수 있는 초보적인 층이 형성됐다.

 

연구팀은 2차 시각피질에 중대한 손상을 입은 생쥐의 머리뼈 일부를 제거하고, 미니 뇌를 뇌에 이식했다. 또한 쥐에게는 수술 중과 수술 후 면역억제제를 투여해 거부반응을 억제하는 데 성공했다.

수술 3개월 후 쥐의 혈관에 이식한 미니 뇌가 침윤(degeneration)하면서 미니 뇌와 쥐의 뇌에 남아있던 시각처리 시스템이 물리적으로 얽힌 것이 확인됐다. 또한 연구팀은 형광 추적기를 이용해 미니 뇌가 쥐의 망막과 잘 결합하고 있는 것을 확인했다.

실제로 쥐에게 깜박이는 빛 등 시각 자극을 주자 일반 시각피질처럼 이식한 미니 뇌가 활성화되는 것도 확인했다.

다만 연구팀은 보다 상세한 시력이나 행동력에 대한 실험은 진행하지 않았고, 손상이나 이식 후 쥐의 시각 능력이 어떻게 변화했는지까지는 조사하지 않았다. 

연구팀은 앞으로 운동을 제어하는 운동피질 등 뇌의 다른 부분에 미니 뇌를 이식할 수 있는지를 실험할 예정이다.

이번에 연구 결과는 뇌 외상이나 뇌졸중 후 뇌 기능, 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환 등을 치료하는 데 도움이 될 수 있다. 다만, 미니 뇌 이식을 인간에게 적용할 수 있게 되려면 아직은 수년이 걸릴 것으로 보인다.