뇌-척수 오가노이드, 신경 재생 비밀 풀었다…열쇠는 '리네스트레놀'

인간 뇌-척수 오가노이드 모델을 통해 손상된 신경세포의 재생 가능성을 확인한 연구 결과가 나왔다.

4일(현지시간) 국제학술지 '셀 리포츠(Cell Reports)'에 게재된 연구에 따르면, 인간 줄기세포로 만든 뇌-척수 오가노이드 모델에서 신경 재생 능력이 예상보다 이른 태아 후기 단계부터 감소하는 것으로 나타났다. 또한 기존에 승인된 합성 프로게스틴 약물인 '리네스트레놀(lynestrenol)'이 손상된 축삭의 재성장을 촉진하는 효과를 확인했다.

연구팀은 인간 줄기세포를 이용해 뇌의 운동 피질을 모사한 '피질 오가노이드'와 운동 뉴런이 풍부한 '척수 오가노이드'를 각각 제작했다. 이후 두 오가노이드를 부드러운 겔 브릿지로 연결해 실제 인체의 피질척수계와 유사한 실험실 모델을 구축했다.

이 모델을 통해 뇌 오가노이드의 신경 섬유(축삭)가 겔 브릿지를 건너 척수 오가노이드의 신경세포와 연결되는 과정을 관찰했다. 오가노이드가 성숙함에 따라 축삭 성장 능력은 눈에 띄게 감소했으며, 이는 완전히 성숙한 뉴런이 아닌 태아 후기 발달 단계에서부터 시작되는 현상임이 밝혀졌다.

연구팀은 이러한 재생 능력 감소가 노화의 부산물이 아니라, 신경 회로를 안정화하기 위한 특정 유전 프로그램의 결과라고 설명했다. 이 과정에서 세포 구조, 에너지 생성, 단백질 운송 등과 관련된 유전자 활동이 변화하며 회로를 안정시키지만, 역설적으로 손상 후 재생을 더 어렵게 만든다는 것이다.

연구팀은 이 모델을 활용해 여러 약물을 테스트한 결과, 이미 임상적으로 사용이 허가된 호르몬 관련 약물인 리네스트레놀이 손상된 인간 피질 뉴런의 축삭 성장을 효과적으로 촉진하는 것을 발견했다. 리네스트레놀은 약물 재창출 후보로서, 향후 신경 손상 치료제 개발의 시작점이 될 수 있다.

이번 연구는 성인 뇌와 척수의 신경 재생이 어려운 이유가 조작 가능한 특정 유전 프로그램에 의해 주도될 수 있음을 시사한다. 개발된 오가노이드 모델은 척수 손상, 근위축성 측삭경화증(ALS) 등 신경 질환 연구와 치료제 스크리닝 플랫폼으로 활용될 전망이다.

다만 연구진은 이번 연구가 단일 인간 배아줄기세포주를 사용했고, 실제 인체 손상 환경의 중요 요소인 혈관, 면역세포 등이 포함되지 않은 한계가 있다고 덧붙였다. 향후 리네스트레놀의 신경 재생 효과를 인체에서 확인하기 위한 추가 연구가 필요하다.