인간 뇌 조직 쥐에 이식 성공…신경질환 연구 새 모델

미국 연구진이 인간의 뇌 조직을 대뇌피질이 거의 없는 쥐에 이식해 살아남고 성장하게 하는 데 성공했다. 정신질환과 신경발달장애의 원인 규명과 치료제 개발을 가속할 모델로 주목된다.

16일(현지시간) 스탠퍼드 의대에 따르면 세르주 파스카 교수 연구팀은 실험실에서 배양한 인간 뇌 오가노이드를 대뇌피질이 결손되도록 유전자 조작한 쥐의 뇌에 이식했다. 연구 결과는 국제학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.

연구팀은 '피질 오가노이드'로 불리는 자가 조직화 인간 뇌 조직을, 대뇌피질이 거의 사라지도록 생물공학적으로 개량·교배한 쥐에 옮겨 심었다. 대뇌피질은 인지·언어·주의력·의사결정 등 고등 기능을 담당하는 뇌의 가장 바깥층이다.

이식된 인간 조직은 쥐의 뇌에서 생존하고 성장했으며, 쥐의 뇌를 넘어 척수까지 연결되는 작동 회로를 형성했다. 이식 수술 3개월 뒤 쥐 뇌 피질 조직의 90% 이상이 인간 세포로 채워졌다.

파스카 교수는 "이 동물 모델은 질환 관련 인간 뇌 회로의 변화가 온전한 신경계에서 어떻게 나타나는지 연구할 독특한 기회를 제공한다"고 말했다.

연구팀은 이번 방법론이 조현병, 간질, 중증 자폐, 뇌성마비의 근본적 생물학적 원인 연구를 앞당길 것으로 기대했다. 미국 성인 20명 중 1명은 중증 정신질환을 앓고 있으며, 성인 100명 중 1명 이상이 조현병을 겪는다.

연구팀은 개념 증명 실험에서 이식 쥐를 5시간 동안 저산소 환경에 노출했다. 그 결과 인간 유래 피질 조직에 상당한 손상이 발생했고, 쥐는 보행과 균형 유지에 어려움을 겪었다. 이는 뇌성마비 아동에게서 관찰되는 양상과 유사하다.

파스카 교수는 "이 차이의 원인을 밝히면 인간 신경세포의 산소 결핍 취약성에 대한 단서를 얻고 뇌성마비의 메커니즘을 규명하는 플랫폼을 제공할 수 있다"고 설명했다.

이식된 인간 조직에서는 폰 에코노모 신경세포(VEN)도 발견됐다. 이 세포는 지금까지 사후 뇌 조직에서만 관찰됐고 실험실 배양으로는 생성된 적이 없는 희귀 세포다. 피질 신경세포 약 9만 개당 1개꼴로 존재한다.

파스카 교수는 "이 세포는 중년에 시작될 수 있는 신경퇴행성 질환인 전두측두엽 치매에서 특히 취약한 것으로 보인다"며 "이제 건강한 사람이나 환자로부터 이 희귀 세포를 유도해 살아있는 동물에서 연구할 수 있게 됐다"고 말했다.

연구팀은 윤리적 경계를 지키기 위해 윤리학자, 신경생물학자, 환자 옹호 단체, 철학자, 법학자 등의 자문을 받았다고 밝혔다. 스탠퍼드대 기술이전실은 피질 오가노이드 생성 관련 특허를 보유하고 있으며 파스카 교수가 발명자로 등재돼 있다.