IBS, 신생아 수준 '미니 뇌' 제작 성공…뇌질환 치료 기폭제 기대

IBS 나노의학 연구단, 뇌 환경과 유사한 뇌 오가노이드 배양 플랫폼 개발

치매, 파킨슨병 등 난치성 뇌질환의 연구 모델로 활용

네이처 커뮤니케이션즈에 논문 게재

[대전=뉴시스] IBS 연구진이 개발한 ‘인간 미니 뇌 배양 플랫폼’ 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 신생아 뇌 수준의 '미니 뇌' 모델 제작에 성공해 난치성 뇌질환 기전 규명 및 치료제 개발에 큰 힘을 얻게 됐다.

기초과학연구원(IBS)은 나노의학연구단 조승우 연구위원 연구팀이 실제 인간 뇌와 유사한 환경을 구현한 '뇌 오가노이드 배양 플랫폼'을 개발해 미니 뇌 제작에 성공했다고 5일 밝혔다.

이 뇌 모델은 신생아의 뇌 수준에 가깝게 성숙한 데다 기존 제작된 미니 뇌보다 보다 2배 이상 크다.

유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell)를 배양해 만드는 뇌 오가노이드(organoid·줄기세포의 분화 및 자가 구조화 과정을 거쳐 만들어지는 장기유사체)는 뇌 연구를 위한 최적의 모델이다.

하지만 기존 뇌 오가노이드는 뇌 발달에 필요한 환경을 구현하지 못해 태아 수준에 머물러 있고 오가노이드가 커질수록 중심부까지 산소 및 영양분 공급이 어려워 세포가 죽는 문제도 있다.

연구진은 나노기술로 뇌의 미세환경과 유사한 젤리 형태의 '3차원 하이드로젤(hydrogel)'을 개발했다.

이 과정서 연구진은 세포를 제거한(탈세포) 뇌의 세포외기질(extracellular matrix)을 활용, 뇌 발달에 필요한 생화학·물리적 환경을 만들었다.

[대전=뉴시스] 기존 뇌 오가노이드와 연구진이 제작한 뇌 오가노이드의 3차원 이미지 비교 그림. 기존 뇌 오가노이드에 비해 연구진이 제작한 뇌 오가노이드는 더 발달된 구조와 크기를 보이고 피질 단백질(TBR1)도 더 많이 발현됐다. *재판매 및 DB 금지

또 미세한 채널로 구성된 '미세유체칩(microfluidic chip)'을 도입해 배양액 흐름을 정밀 조정, 산소와 배양액을 중심부까지 효과적으로 공급토록 했다.

이어 개발한 하이드로젤을 이용한 뇌 오가노이드 배양실험을 진행해 대뇌피질(cortex)을 구성하는 신경상피(neuroepithelium)를 발달시켜 뇌 주름을 다량 생성했으며 신경세포·성상교세포·미세아교세포 등 다양한 뇌세포가 기존 방식보다 많이 발현토록해 뇌 구조 및 기능을 성숙시켰다.

여기에 미세유체칩을 적용하면 기존 뇌 오가노이드(2~3㎜) 보다 약 2배가 큰 4~5㎜ 수준으로 커지고 신경기능이 증진된다.

연구진은 실험을 통해 최대 8㎜까지 커지는 것을 확인, 기존보다 월등히 크고 발달한 인조 뇌 제작에 성공했다.

이번 연구성과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 14.919) 온라인판에 이날 오후 6시(한국시간) 게재됐다. 조안나 박사와 진윤희 연구교수, 안연주 학생연구원이 주저자로 참여했으며 논문명은 Microfluidic device with brain extracellular matrix promotes structural and functional maturation of human brain organoids이다.

조승우 연구위원은 "나노기술을 이용해 기존의 한계를 극복한 새로운 뇌 오가노이드 배양 플랫폼을 개발했다"며 "이는 난치성 뇌질환 기전 규명 및 치료제 개발을 위한 효과적인 체외모델로 활용할 수 있다"고 말했다.

☞공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com

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