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발달 장애 비밀 풀 ‘인공 뇌’ 제작 성공

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발달 장애 비밀 풀 ‘인공 뇌’ 제작 성공

2017.08.01 17:30

동물에게 ‘뇌’는 온 몸에 명령을 내리는 가장 중요한 기관이다. 해부를 통해 대략적인 구조는 알려져 있지만 어떤 부분이 정확하게 어떤 기능을 하는지 여전히 명확하게 알려지지 않았다. 뇌에서 일어나는 활동과 반응을 보려면 자기공명영상(MRI)처럼 간접적 방법을 사용할 수 밖에 없었다.

 

최근 한국인 과학자가 실험실에서 인공 뇌를 제작해 뇌에서 일어나는 반응을 확인했다. 자폐증 등 뇌 발달 장애가 일어나는 과정을 파악하는 열쇠가 될 전망이다.

 

미국 예일대와 아칸사스대, 호주 왕립어린이병원 무도치어린이연구소 등이 함께한 국제 공동연구팀은 실험실에서 ‘뇌 오가노이드’를 만들어 억제 신경세포가 대뇌 피질로 이동하는 것을 관찰해 7월 27일자 ‘셀-줄기세포(Cell Stem cell)’에 발표했다.

 

오가노이드는 장기세포나 줄기세포를 배양해 만드는 인공 미니 장기의 일종이다. 사람 세포를 이용해 만들기 때문에 동물 장기를 이용하는 실험보다 실제 사람과 더 비슷한 결과를 낼 수 있다.

 

억제 신경세포는 활동 신경세포와 함께 대뇌 피질에서 신호를 전달하는 중요한 세포다. 특정 상황에서 행동을 억제하거나, 멈추도록 하는 신호전달물질을 전달한다. 최근 대뇌의 명령과 억제 신경세포의 신호 전달이 적절히 맞아떨어지지 않으면 자폐증 같은 발달장애가 일어난다는 사실이 밝혀지기도 했다.

 

연구팀은 억제 신경세포가 만들어지고 대뇌 피질에서 작용하는 과정을 밝히고자 실험을 진행했다. 역분화줄기세포(iPSc, Induced Pluripotent Stem Cell)를 이용해 대뇌 피질 오가노이드와 내측 신경절 융기 오가노이드를 각각 만들었다. 그동안 대뇌 피질 오가노이드는 여러번 제작됐지만 내측 신경절 융기를 제작한 것은 이번이 처음이다. 내측 신경절 융기는 억제 신경세포가 만들어지는 뇌 부위다.

 

그 뒤 각각 만든 오가노이드를 접합하자 내측 신경절 융기에서 만들어진 억제 신경세포가 대뇌 피질로 이동하는 것을 관찰했다. 피질로 이동한 억제 신경세포는 이미 대뇌 피질에 있던 활성 신경세포와 함께 대뇌의 신호를 전달했다. 

 

연구진이 제작한 뇌 오가노이드에서 신경세포가 작용하는 모습. - 예일대 제공
연구진이 제작한 뇌 오가노이드에서 신경세포가 작용하는 모습. - 예일대 제공

연구를 이끈 박인현 예일대  유전학과 교수는 “이번 연구는 신경 발달 장애의 근본적인 원인을 설명하기 위한 연구 방법을 고안한 것”이라며 “앞으로 뇌 오가노이드가 좀더 실제 뇌와 형태와 기능적인 면에서 더 유사해지도록 발전시킬 계획”이라고 말했다.

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