(인간 뇌세포로 만든 오가노이드. This is a human brain organoid showing complex internal organization, with immature proliferating cells (red) and a surrounding layer of maturing neurons (green).
Credit: Jessica Mariani)
제목만 들으면 마치 괴기 사이언스 픽션 같지만, 저널 cell에 발표된 연구의 내용입니다. 뇌과학에 대한 많은 연구가 진행되었지만, 아직도 뇌, 특히 사람 뇌에 대해서는 모르는 사실이 너무 많습니다. 이는 자폐증이나 정신분열증 같은 질환을 치료하는 의료진에게는 매우 곤란한 문제입니다. 이를 알아내기 위한 더 단순한 모델이 필요합니다.
예일 의대의 플로라 바카리노 교수( Flora Vaccarino the Harris Professor of Child Psychiatry and Professor or Neurobiology at the Yale School of Medicine) 연구팀은 환자의 피부 세포를 추출해 이를 이용해 유도 만능 줄기 세포(induced pluripotent stem cells (iPSCs))를 만들고 이를 다시 뇌세포로 분화시켜 수 mm 정도의 뇌조직 (이런 3차원 배양 조직을 오가노이드 Orgnoid 라고 부름) 으로 만들었습니다.
연구팀에 의하면 자폐증의 경우 유전적인 문제가 있는 경우는 전체 환자의 20%정도에서만 밝혀진다고 합니다. 나머지 80%에 대해서는 아직 모른다는 것이죠. 자폐증의 메카니즘과 그 치료법을 알기 위한 노력은 여기서 큰 난관에 처해 있습니다. 이번 연구는 이와 같은 문제에 돌파구를 만들기 위한 것입니다.
이번에 만든 미니어처 뇌의 크기는 수 mm 정도에 불과합니다. 이는 임신 수개월 후의 태아의 뇌와 비교할 수 있는 크기이지만, 오히려 단순한 구조 때문에 연구에는 더 적합할 수 있습니다. 이 연구에서 자폐증 환자의 뇌는 GABA 억제 뉴런(GABAergic inhibitory neurons)이 특히 과도하게 생산되어 있는 것이 관찰 되었습니다.
이 뉴런의 RNA를 다시 분석한 결과 여기에는 FOXG1 이라는 전사 인자(transcription factor)가 연관되어 있다는 것이 연구 결과입니다. 아직 이와 같은 연구는 시작단계이지만, 앞으로 많은 것들이 밝혀질 수 있을 것으로 기대됩니다.
한 가지 사족이라면 이렇게 미니어처 뇌를 만들어도 괜찮은 것인가 하는 우려도 있을 수 있다고 생각합니다. 과연 이 미니 뇌가 의식을 가지게 되는 일은 없을까요? 공상 과학 소설 같은 이야기지만, 미래는 어떻게 될지 알 수 없는 일이겠죠. 다만 현재까지는 인간의 복잡한 의식을 흉내내기에 너무 작은 뇌세포 조직이라는 점은 감안해야 할 것 같습니다.
참고
Journal Reference:
- Jessica Mariani, Gianfilippo Coppola, Ping Zhang, Alexej Abyzov, Lauren Provini, Livia Tomasini, Mariangela Amenduni, Anna Szekely, Dean Palejev, Michael Wilson, Mark Gerstein, Elena L. Grigorenko, Katarzyna Chawarska, Kevin A. Pelphrey, James R. Howe, Flora M. Vaccarino. FOXG1-Dependent Dysregulation of GABA/Glutamate Neuron Differentiation in Autism Spectrum Disorders. Cell, 2015; 162 (2): 375 DOI: 10.1016/j.cell.2015.06.034
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