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기대와 우려를 불러일으키는 인간 뇌세포 쥐 이식 연구

과학기술발전

등록일  2022.10.21

조회수  49

기사1. Human brain cells implanted in rats prompt excitement and concern

https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-x

기사2. Human cells transplanted into rat brains could offer new insights on diseases

https://www.axios.com/2022/10/15/human-cells-rat-brain-tool-disease-autism-adhd

연구원문. Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05277-w

 

과학자들은 인간 줄기세포로 키운 뇌 오가노이드*를 신경변성 및 신경 정신 질환을 연구하기 위해 사용하고 싶어한다. 하지만, 지금까지 오가노이드는 인간의 뇌를 어느 정도까지만 모방해왔다. 이런 오가노이드는 혈관이 발달하지 않아 영양분을 공급받을 수 없고 그래서 성장이 지속될 수 없었으며 완전히 성장하기까지 적절한 자극을 받지 못한다. 이러한 자극과 발달을 돕기 위해, 캘리포니아 스탠포드 대학 신경과학자 Sergiu Pasca와 그의 동료들은 인간 줄기세포로부터 구조물을 배양하고, 인간 세포가 쥐 세포와 함께 자랄 것이라는 기대와 함께, 이를 태어난 쥐의 뇌에 주입하였다. 연구팀은 오가노이드를 체성 감각 피질(the somatosensory cortex)이라 불리는 뇌의 부분에 이식하였는데, 이 피질은 쥐의 수염이나 다른 감각 기관으로부터 신호를 받은 다음, 신호를 해석하는 뇌의 다른 부분으로 이를 전달한다.

*오가노이드(organoid): 연구나 치료의 모델이 되는 특정 신체 기관을 체외에서 유사하게 재현해 낸 장기유사체

 

본 연구가 보여주는 것: 연구팀은 지름이 약 1~1.5mm인 오가노이드를 발달 중인 어린 쥐의 뇌에 이식했다. 3개월 후, 개별 뉴런은 훨씬 더 커졌으며 오가노이드를 이식했을 때 크기의 약 9배 크기로 성장하여 쥐의 뇌 반구의 약 3분의 1을 차지했다고 네이처에 발표했다. 인간의 뉴런과 쥐 뉴런은 연결을 형성하기 시작하였으나, 이는 쥐의 행동에 영향을 미치지는 않았다. 그리고 연구팀은 쥐의 수염에 공기를 불어 넣어(자극을 주는 행위) 인간의 뉴런이 쥐의 뇌 회로에 잘 통합되었는지 여부를 실험했고 인간 뉴런이 자극에 반응하는 것을 발견했다. 또 다른 실험을 통해, 연구팀은 인간의 뉴런이 쥐의 행동을 유도할 수 있다는 것을 증명했다. 쥐가 물병으로 물을 마실 때 인간 뉴런을 활성화하기 위해 광유전학*이라 불리는 기술을 사용하였다. 시간이 지남에 따라, 쥐는 뉴런이 활성화 되었을 때 물병으로 가기 시작했다. 그러나 이식받지 않았거나 인간 뉴런이 활성화되지 않은 쥐는 물병으로 물을 마시지 않았다.

*광유전학 기술: 특정 파장의 빛에 반응하는 단백질을 신경세포에 넣은 후, 빛을 비춰 신경세포 활성을 촉진 또는 억제하는 기술

 

연구의 결과 및 향후 과제: Paşca를 비롯한 다른 이들은 뇌 질환을 연구하는데 오가노이드를 사용하고자 한다. 연구팀은 희귀 유전질환인 티모시 증후군(Timothy syndrome) 환자의 세포를 이식했고, 다른 오가노이드에서 발견되지 않은 결함을 발견했다(질환의 특성이 오가노이드에서도 재현됨을 발견). Paşca는 기자회견에서 우리는 이것을 연구하기 위한 더 나은 모델을 찾아야 하는 도덕적 의무를 가지며, 정신 장애와 같은 어려운 상황을 해결하기 위한 과감하고 새로운 접근방식이 필요하다라고 말했다.

 

윤리적 문제: 사람들은 설치류-인간 혼성체를 만드는 것이 동물에게 해를 입히거나 인간과 같은 뇌를 가진 동물을 만들 수 있다고 우려한다. 작년, 미국 국립 과학, 공학, 의학 아카데미에 의해 조직된 (National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine) 패널은 인간 뇌 오가노이드가 아직 의식을 갖거나, 인간과 같은 지능을 얻는 등 법적 규제가 필요한 다른 능력을 얻기에는 너무 원시적이라는 결론을 내린 보고서*를 발표했다. Pasca는 그의 팀이 오가노이드 이식이 쥐에게 발작이나 기억력 결핍과 같은 문제를 일으키지 않았으며, 동물들의 행동을 크게 변화시키지 않았다고 보았다고 말했다. 하지만, 국립 아카데미 위원회 패널 Arlotta는 과학 기술이 발전함에 따라 문제가 발생할 수 있다고 말한다. 그녀는 우리는 이 문제를 한 번만 논의하고 내버려 둘 수 없다라고 말하며, 인간 오가노이드 연구에 대한 우려와 신경계나 정신 장애를 앓고 있는 사람들에게 이것이 얼마나 필요한 연구인지를 형량하여 검토해야 할 것이라고 덧붙였다.

* Consensus Study Report: The Emerging Field of Human Neural Organoids, Transplants, and Chimeras: Science, Ethics, and Governance(2021.04.)

https://nap.nationalacademies.org/resource/26078/ReportHighlights_0Chimeras_Organoids_FINAL.pdf

 

"함께 읽으면 좋은 자료" 컨센서스 연구 보고서: 오가노이드, 이식 및 키메라 연구와 관련된 윤리적 우려

사회의 책임 측면에서 유리하게 보여지는 도덕적 주장은 인간 세포에서 파생된 신경 오가노이드, 이식, 키메라*를 이용한 연구를 지지한다. 이러한 모델을 사용한 연구는 극심한 고통을 유발하는 신경 및 정신 질환을 이해하고 치료할 수 있는 새로운 방법을 만들어 낼 수 있다. 그러나 이러한 잠재적 이익은 완전하지 않으며 인체유래물을 적절하게 사용하고, 동물 복지, 안전을 보장하는 것과 같은 다양한 윤리적 사항이 항상 고려되어야 한다적절한 동의를 얻어 수집되고, 기증자를 알 수 없게 하도록 비식별화된 기존 유래물에 대해, 연방 규정은 대부분의 기증자가 자신의 인체 조직이 신경 오가노이드, 이식 또는 키메라 연구를 위해 사용되는 것을 인지하지 못하더라도 이 물질이 향후 연구를 위해 사용될 수 있다는 것을 명시하고 있다. 새로운 조직을 채취할 때, 이러한 유형의 연구에 대해 구체적 동의를 얻는 것의 장점 및 단점에 대한 논의가 진행 중이다.

*키메라(Chimera): 하나의 생물체 안에 유전 형질이 다른 세포가 함께 존재하는 것

 

동물 모델에서 인간 신경세포의 사용에 대한 핵심적인 윤리 우려는 인간과 동물 사이의 본질적인 구분이 모호해질 수 있다는 것이다. 인간 - 인간이 아닌 동물 키메라를 생성하고 인간 신경세포를 인간이 아닌 동물에 통합하는 기술이 발전함에 따라 이러한 우려는 증가하며, 영장류가 대상이 될 때 이러한 우려는 더욱 커질 수 있다연구가 진행됨에 따라, 실험동물들은 사람에게서 발생한다면 고통스럽게 보일 인간의 질병 증상과 유사한 행동을 보일 수 있다. 실험동물을 자세히 관찰하면 이러한 행동을 확인할 수 있는데, 동물의 보호를 위해서는 이를 피하거나 완화해야 할 필요가 있다. 또 다른 우려로는, 동물들이 새로운 형태의 문제 해결, 또는 더 복잡한 사회적 상호 작용과 같은 그들 종에서 보이지 않는 이례적인 행동을 습득할 수 있다는 것이다. 보고서를 작성한 위원회가 이것이 가까운 미래에 실현 가능하다는 증거를 거의 찾지는 못했지만, 빠르게 발전하는 해당 연구에 대한 감시는 필수적이며, 매우 중요하다 할 수 있다.

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