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미니 뇌 진짜 만드나?...신경세포 기본 요소 갖춘 ‘뇌 오가노이드’ 최초 제작

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2018년 07월 26일 02:00 프린트하기

GIB
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오가노이드는 사람의 줄기세포나 체세포를 외부에서 배양해 실제 장기의 기능을 갖도록 만든 유사 생체 장기를 말한다. 최근 5년 새 네덜란드와 오스트리아, 일본 등에서 성체줄기세포로 심장과 대장, 뇌 등의 장기 조직을 3~4㎜ 수준으로 만드는데 성공했다는 소식이 전해지고 있다.

 

오가노이드의 핵심은 단순히 생체 조직을 구현하는 것을 넘어, 본래의 기능을 수행하는데 있다. 과거 연구에서 심장이나 대장 오가노이드는 박동을 하거나, 물질 순환에 관여하는 등의 기능이 확인됐다. 반면 뇌 오가노이드에서는 기능이 확인되지 않았었다. 뇌에 있는 다양한 신경세포를 조화롭게 생성하지 못했기 때문이다.

 

최근 실제 뇌 기능에 필수적인 신경세포를 분화시켜 여러 신경세포 간 상호작용이 발생하는 것이 처음으로 관찰됐다. 뇌 오가노이드를 위한 기본 조건이 드디어 갖춰진 셈이다.

 

미국 케이스웨스턴리저브의대와 뉴욕줄기세포연구소(이하 NYSCF) 등 공동 연구팀은 신경세포들 사이의 상호작용을 통해 축삭을 형성하도록 돕는 올리고덴드로사이트(oligodendrocyte. 신경 아교 세포)를 포함한 뇌 오가노이드를 제작, 25일(현지시각) 학술지 ‘네이처 메소드’에 발표했다.

 

일반적인 신경세포는 크게 머리 역할을 하는 신경세포체와 한쪽 방향으로 뻗어나온 굵은 축삭돌기(axon), 거기서 파생돼 나뭇가지처럼 돋아난 수많은 수상돌기(dendrite)로 구성된다. 여기서 축삭돌기는 굵은 수상돌기로 표면에 신경수초막이 점점이 박힌 것이 특징이다. 신경수초막은 일종의 고속도로 역할을 해 신호 전달 속도를 높이는 데 관여한다. 수상돌기는 다른 신경세포와 신호를 주고받는 시냅스틈을 형성하는 것으로 알려졌다. 신경세포는 축삭과 수상돌기의 방향과 개수, 모양에 따라 다양한 종류로 구분하고 있다.

 

 

왼족 그림은 일반적인 신경세포로 근육과 연결된 운동 신경세포(뉴런)모습이다. 신경세포에는 신경세포체와 축삭돌기(axon), 수상돌기(dendrite)로 구성된다. 축삭에는 신호를 빨리 전달하도록 돕는 수초박(파란색)이 형성돼있다. 축삭돌기와 수상돌기에 갯수와 방향 등에 따라 중간부터 차례로 펀킨제(purkinje)세포, 피라미드형세포 등 종류가 다양한다.-위키백과 제공
왼족 그림은 일반적인 신경세포로 근육과 연결된 운동 신경세포(뉴런)모습이다. 신경세포에는 신경세포체와 축삭돌기(axon), 수상돌기(dendrite)로 구성된다. 축삭에는 신호를 빨리 전달하도록 돕는 수초막(파란색)이 형성돼있다. 축삭돌기와 수상돌기의 갯수와 방향 등에 따라 중간부터 차례로 펀킨제(purkinje)세포, 피라미드형세포 등 종류가 다양한다.-위키백과 제공

 

순식간에 벌어지는 생체내 신호 전달체계를 구현하려면 오가노이드 조직에도 축삭이 형성돼야한다. 축삭이 형성될때 신경세포의 일종인 올리고덴드로사이트가 감싸야 하며, 이를 '수초화 과정'이라 한다. 연구를 이끈 NYSCF의 발렌티나 포사티 박사는 “기존에 제작됐던 뇌 오가노이드에는 신경세포 간 상호작용의 열쇠가 되는 올리고덴드로사이트가 없었다”며 “축삭이 형성되지 않아 기본 신호 전달에 장애가 있을 수밖에 없는 오가노이드였던 것”이라고 설명했다.

 

연구팀은 2011년부터 연구를 진행, 올리고덴드로사이트를 만드는 분화유도인자를 찾아내 뇌 오가노이드를 제작했다. 그 결과 수초화 과정이 발생함을 확인했다. 기본 요소가 갖춰져 생체 안에서와 같이 빠르게 신호를 전달하는 뇌 오가노이드를 생성한 것이다.

 

포사티 박사는 “(새로 만든 뇌 오가노이드는) 중추신경계에 수초 형성이 안돼 발생하는 난치성 희귀 질환인 펠리제우스 메르츠바하병 등 여러 뇌신경학적 연구에 쓰일 수 있다”며 “특히 환자 본인의 세포로 만든 개인 맞춤형 미니 오가노이드이기 때문에 약의 부작용이나 효능 등을 판별할 때도 유용할 것”이라고 말했다.

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