이원영 기자
인간 뇌 미니어처 모델인 대뇌 유사기관(Cerebral organoid)을 실험실에서 제조하고 이를 살아있는 쥐 뇌의 손상 부위를 복구하기 위해 사용하는 첫 실험이 이뤄졌다. 앞으로는 이 대뇌유사기관을 이용해 인간 뇌를 복구할 수 있게 될 수 있다. 펜실베이니아대학 연구팀이 학술지(Cell Stem Cell) 발표한 내용은 인간 줄기세포에서 키운 대뇌 유사기관을 쥐에 이식하는데 성공했다는 것.
빛이 눈 망막에 닿으면 전기 메시지가 기본 시각 필드에 전달되어 눈앞에 있는 기본 특성을 분석하기 시작한다. 이 데이터는 분석을 더 하기 위해 2차 시각 필드로 전송된다. 연구팀은 2차 시각야에 중대한 손상을 입은 성체 쥐에 대뇌 유사기관을 이식하는 실험을 실시했다.
과거 연구에선 개별 뇌 세포를 다양한 연령대 건강한 설치류에 이식했지만 대뇌 유사기관 이식은 젊고 부상을 입지 않은 설치류로 제한됐다. 하지만 이번 실험에선 늙고 부상을 입은 쥐에 이식했기 때문에 이번 연구는 대뇌 유사기관을 이용해 뇌 손상을 복구하기 위한 새로운 단계라는 설명이다.
연구팀은 다른 종류 세포를 생산할 수 있는 인간 줄기세포 일종으로 대뇌 유사기관을 배양하고 있다. 연구팀은 80일간에 걸쳐 과학적 신호를 이용해 줄기세포를 유도하고 인간 대뇌피질에서 볼 수 있는 많은 종류 세포를 포함한 3차원 덩어리를 생성했다. 이게 대뇌 유사기관으로 대뇌피질 6개층이 있지만 80일째에는 실험실에서 배양한 대뇌 유사기관에 내뇌피질에서 볼 수 있는 초보적인 층이 형성되어 있었다고 한다.
연구팀은 대뇌 유사기관에서 확인할 수 있는 이 구조는 뇌가 실제로 어떻게 작동하는지를 정의하는데 중요하다고 밝히고 있다. 하지만 대뇌 유사기관은 많은 점에서 진짜 대뇌피질과 비슷하지만 결코 완전한 사본은 아니다.
연구팀은 2차 시야에 심각한 손상을 입은 쥐 두개골 일부를 제거하고 대뇌 유사기관을 뇌에 이식하고 개방된 두개골을 보호캡으로 밀봉했다. 수술 중과 후 쥐에게는 면역 억제제를 투여하고 있어 이를 통해 거부 반응을 억제하는데 성공했다고 한다. 수술 3개월 뒤 쥐 혈관에 이식한 대뇌 유사기관이 침윤해 대뇌 유사기관과 쥐 뇌에 남아 있던 시각 처리 시스템이 물리적으로 얽혀 있다는 게 확인됐다. 연구팀은 형광 추적기를 이용해 대뇌 유사기관이 쥐 망막과 잘 결합되어 있다는 걸 확인했다. 실제로 쥐에게 깜박이는 빛 등 시각 자극을 줬는데 일반 시각야와 같은 이식한 대뇌 유사기관이 활성화되는 것도 확인되고 있다.
하지만 연구팀은 더 자세한 시력과 행동력에 대한 테스트를 실시하지 않았으며 부상이나 이식 수술 후 쥐 시각 능력이 어떻게 변화했는지까지는 조사하지 않았다. 연구팀은 앞으로 운동을 조절하는 운동 피질과 같은 뇌 다른 부분에 뇌 유기체를 이식할 수 있는지 테스트하고 통합 속도와 범위를 제어하는 요인을 연구할 예정이다.
연구팀은 이번에 발표한 실험 결과에 대해 뇌를 복구하기 위한 새로운 전략을 개발하기 위한 첫 단계라고 생각한다고 말한다. 또 최종적으로 대뇌 유사기관 이식은 뇌 외상과 뇌졸중 후 뇌 기능, 파킨슨병 등 신경퇴행성 질환 등을 치료하는데 도움이 될 수 있을 것이라고 밝히고 있다. 다만 대뇌 유사기관 이식을 인간에게 적용할 수 있게 되기까지는 수 년 이상이 걸릴 것으로 보여지고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
이석원 기자
정용환 기자
