배양한 뇌에 안배(optic cup)라는 기관을 갖춘 깨끗한 눈을 형성시키는데 성공했다는 논문이 지난 8월 17일 발표됐다. 인간의 뇌를 연구하기 위해 실험실에서 만들어진 소형 뇌와 눈은 빛에 반응하는 신경 조직 활동 등이 확인된 것으로 앞으로 망막 질환 연구와 의료용 망막 제조에 도움이 될 것으로 기대되고 있다.
인간 iPS 세포를 이용해 실험실에서 만들어진 뇌는 오가노이드 시스쳄(Cerebral organoid)이라고 하며 과거 연구에선 콩알 크기 뇌 오가노이드에서 태아와 같은 뇌파를 감지하는 데에도 성공하고 있다.
이런 오가노이드 시스템은 상당히 간단한 구조를 하고 있기 때문에 의식이 생기는 건 아닌 반면 인간 뇌 세포에서 생긴 살아있는 조직이기 때문에 신경이 발달하는 매커니즘 해명이나 뇌 질병 모델링, 약물 시험 등에 도움이 되고 있다.
원시적인 눈 조직 발달을 연구하던 독일 뒤셀도르프대학 병원 연구팀은 눈 조직을 직접 배양하는 게 아니라 뇌 오가노이드에서 눈을 발생시키는 게 어떨까 생각하고 먼저 기증자 4명에게서 비롯된 iPS 세포를 준비했다.
이어 이전에 개발한 줄기세포를 신경 조직으로 변화시키는 기술을 응용해 배양액에 비타민A 일종인 초산레티놀을 첨가해 시신경 일종인 시신경을 가진 뇌 오가노이드를 만들었다. 이런 뇌 오가노이드를 배양한 결과 314개 중 72%에서 시신경을 형성시키는데 성공했다. 이른 건 제작 후 30일 눈 세포를 형성시켰고 60일 뒤에는 성숙한 시신경을 갖게 됐다. 이 뇌 오가노이드 발달 속도는 인간 태아에서 안구 발달 시기에 일치하고 있다고 한다.
연구팀이 만든 뇌 오가노이드는 다양한 종류 망막 세포를 갖추고 있어 수정체와 각막 등 조직 외에도 빛에 반응해 활동하는 신경 세포 네트워크도 확인됐다. 연구팀은 시신경 배양 자체는 이전부터 이뤄져 왔지만 뇌 오가노이드에서 시신경을 초래한 연구는 이번이 처음이라고 한다.
연구팀은 이번 연구 결과에 대해 포유류 뇌는 망막 신경절 세포 내 신경 섬유가 뻗어 나와 뇌에 연결된다는 건 알고 있었지만 실험실 연구에서 나타난 건 이번이 처음이라고 밝혔다. 연구팀은 앞으로 시신경 유두를 장기 보존하는 기술을 개발하고 망막 질병 매커니즘을 해명하는 연구를 할 방침이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.