해외언론동향
해외언론동향 내용 담당 : 배아정책연구팀 02-737-8452
게재 일자 : 2020-02-11 
키워드 : 소형 뇌, mini brains, 뇌 조직, brain tissue, 유사장기, organoids, 뇌 발달, brain development, 첨단과학, cutting-edge science, 통찰, insights, 영향, implications, 윤리적인 틀, ethical framework, 대중의 인식, public awareness, Nature 

생각지 않은 결점(Snags)은 인간 피질의 작은 세포모델을 만드는 노력을 저해함.

 

뇌 조직을 접시 안에 성장시키려는 과학자들의 생각은 모든 종류의 겁나는 그림을 상기시킴(공포영화 음악 시작). 그러나 연구의 현실은 공상과학소설 상상과는 상당히 거리가 멀며, 항상 그럴 것이라고 이 분야의 연구자들은 말함. 캘리포니아대(University of California) 신경학 교수(Arnold Kriegstein)는 사실 현실은 일부 과학자들이 만들어내는 것에 부합하지 못한다고 말함.

 

네이처(Nature) 저널에 129일 발표된 연구에 따르면 Kriegstein 연구팀은 37개의 유사장기(organoids)에서 추출한 235000개의 세포에서 어떤 유전자가 활성화되는지 밝혀내고 정상적으로 발달한 뇌에서 추출한 189000개의 세포와 비교함. ‘소형 뇌라고 불리는 유사장기는 일부 과학자들이 원통할 정도로 정상적인 발달과정을 완전히 정확하게 대표하지는 못하고 있다고 함.


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네이처 저널(그림/사진) : https://www.nature.com/articles/s41586-020-1962-0

 

유사 뇌(Brain organoids)는 한 세포 유형에서 다른 세포 유형으로 변형된 줄기세포로 만들어짐. 이 세포들은 결국 뉴런(neurons)이나 다른 성체세포(mature cells)가 됨. 하지만 네이처 원고에 따르면 항상 이러한 발달과정을 완전하게 완료하는 것은 아님. 대신 유사장기는 새로운 세포 유형으로 완전히 변형되지 못하는 세포로 끝나는 경향이 있고, 정상적인 뇌의 유기체 구조를 다시 만들어내지 못함. 조현병과 자폐증 등 정신신경발달질환과 알츠하이머 등 신경퇴행성질환은 보통 특정한 세포 유형 및 회로에 한정됨.

 

이 연구는 많은 유사장기 세포들이 대사성 스트레스 징후를 보였다고 입증함. Kriegstein은 연구팀이 유사장기 세포를 생쥐에게 이식하자, 그들의 독자성(identity)은 오그라들었고(crisper), 그들은 정상세포처럼 행동했다고 말함. 이러한 결과는 그러한 세포가 성장하는 배양조건이 정상적으로 발달하는 뇌의 배양조건과 맞지 않는다는 점을 암시한다고 덧붙임. “세포의 스트레스는 되돌릴 수 있다면서 우리가 되돌릴 수 있다면 우리는 동시에 세포의 독자성이 유의미하게 개선되는 것을 볼 수 있을 것이라고 밝힘.

 

유사 뇌는 뉴런의 작은 다발의 활동을 반복하는 것이 점점 더 좋아지고 있다고 함. 과학자들은 종종 다른 의학적 상태인 사람들의 세포로 유사장기를 만듦. 그러나 일부 과학자들은 환자 맞춤형 유사 뇌로부터 얻은 통찰을 지나치게 주장했을 수도 있다고 지적함. Kriegstein은 그것에 대하여 신중할 것이라고 말함. “이러한 변화 중 일부는 그 세포의 비정상적인 유전자 발현을 나타내며, 진정한 질병의 특징을 실제로 나타내지 못할 수 있다면서 이는 과학자들이 다뤄야 할 문제라고 밝힘.

 

접시에서 자란 작은 세포 덩어리로 뇌의 일부를 재현할 수 있을지는 모르지만, 전체 뇌와 그 복잡함을 대표하도록 고안된 것은 아니라고 몇몇 과학자들이 주장함. 한 과학자는 이러한 유사장기가 수술 중 환자로부터 적출된 뇌 조직보다 덜 민감하다고(sentient) 말함.

 

물론 모델은 결코 완벽할 수 없음. 동물 모델이 뇌 발달에 대한 근본적인 통찰을 이끌어냈음에도 불구하고, 연구자들은 다른 종에서 인간으로 생물학적인 통찰을 추론하는 한계 때문에 유사장기나 접시 위의 장기(organs-in-a-dish)를 찾아냄. 알츠하이머질환은 생쥐의 경우 수백 번 완치시켰지만, 인간의 경우 결코 그렇지 않음.

 

연구에 관여하지 않은 펜실베이니아대(University of Pennsylvania) 신경과학 교수(Hongjun Song)현재 모델은 인간의 뇌 발달에 대한 몇몇 근본적인 질문을 다루는데 이미 매우 유용하다고 말함. 그는 유사 뇌를 통해 지카바이러스(Zika virus)지카바이러스에 노출된 일부 아기가 자궁 내에서 뇌가 비정상적으로 작게 발달하는 이유를 설명할 수 있는 반응을 일으키면서 신경줄기세포를 공격한다고 최근 밝혀졌다고 덧붙임.

 

줄기세포 전문가(Michael Nestor)는 본인의 유사장기가 자폐증 환자 뇌 세포의 특이한 활동을 식별하는데 매우 도움이 되며, 잠재적인 약물의 선별검사에 유용할 것이라고 밝힘.

 

하버드대(Harvard University) 줄기세포재생생물학부장(Paola Arlotta)은 모델이 항상 단순해지더라도 유사장기 연구는 여전히 중요하며, 신경정신병리학과 신경발달질환은 일반적으로 다수의 유전적 변화의 결과이며, 설치류를 모델로 하기에는 너무 복잡하다고 말함.

 

이 분야를 주도하는 스탠포드대(Stanford University) 정신과 의사(Sergiu Paca)는 연구팀이 접하는 세포 스트레스가 어떤 질환에서는 유용할 수 있다고 말함. 일례로 신경퇴행성질환으로 이끄는 조건의 종류를 접시에 만드는 것을 도울 수 있음. Paca가장 흥미롭게 여기는 특징은 접시 내 고유한 성숙프로그램을 이해하면서 신경세포와 신경교세포를 유도하는 우리의 능력이라고 밝힘.

인간의 전뇌가 어떻게 발달하는지 드러내는 유사장기 관련 202025일자 해외언론동향 : http://www.nibp.kr/xe/news2/165787

 

Arlotta는 생쥐의 뇌 환경에 노출되었을 때 세포의 품질을 개선하는 능력이 현재 한계를 극복할 수 있다는 것을 암시한다고 말함. 실험실에서 유사 뇌를 만드는 단일한 프로토콜은 아직 없으며, 과학자들은 결국 이러한 세포가 성장하는 조건을 최적화하고 표준화할 것이라고 말함.

 

Arlotta는 인간의 대뇌피질에 적절한 다양한 세포 유형을 포함하는 신뢰할 수 있는 유사장기를 만들 수 있다는 연구결과를 네이처(Nature) 저널에 발표한 바 있음. 그녀는 윤리적인 연구 진행을 보장하기 위하여 연방 기금을 지원받는 팀의 일원이며, 유사장기 연구를 윤리적인 틀 안에서 하는 것이 중요하다고 말함. 과학자들은 생명윤리학자들에게 연구의 상태를 교육하고, 생명윤리학자들은 과학자들에게 연구가 사회에 미치는 영향을 알려줄 것을 강조함.

네이처 저널 : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31168097

 

Nestor는 줄기세포연구를 둘러싼 과학, 정책, 대중의 인식을 연결하는 것의 중요성을 매우 강하게 느끼고 미국과학진흥협회(American Association for the Advancement of Science) 과학기술정책 펠로우십을 받아들임. 그는 대중과 정책결정자들이 유사장기와 첨단과학에 대하여 무엇을 알아야 하는지를 이해시키고 과학에 대하여 그들과 어떻게 소통할지를 배우기 위하여 수락했다고 함.

 

인터뷰한 모든 과학자들이 동의하는 한 가지는 이러한 유사 뇌는 실제 소형 뇌가 아니며, 누구도 접시 안에 뇌를 만들려고 하지 않는다는 것임. Kriegstein는 연구자들이 더 많은 세포 유형을 만드는 법을 배우고, 더 현실적인 조건에서 성장시키더라도 뇌의 구조와 복잡함을 절대로 복제할 수 없을 것이라고 말함. “정상적인 뇌의 정교한 체계는 그 기능을 하는데 매우 중요하다면서 뇌는 여전히 자연이 창조해 낸 것 중 가장 복잡한 구조라고 밝힘.

 

기사 : https://www.scientificamerican.com/article/mini-brains-are-not-like-the-real-thing/

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