알츠하이머병 등 뇌질환, 실험실서 손쉽게 연구한다

2017.02.13 18:30
한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 개발한 방식으로 뇌신경세포(뉴런)를 정렬해 배양시킨 모습. 특정한 방향으로 뉴런이 정렬돼야 신호가 전달되는 인공 뇌신경망의 기능을 갖췄다. - 한국과학기술연구원 제공
한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 개발한 방식으로 뇌신경세포(뉴런)를 정렬해 배양시킨 모습. 특정한 방향으로 뉴런이 정렬돼야 신호가 전달되는 인공 뇌신경망의 기능을 갖췄다. - 한국과학기술연구원 제공

알츠하이머병, 파킨슨병 같은 뇌질환의 치료법을 실험실에서 손쉽게 연구할 수 있게 됐다.
 

한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 허은미 신경과학연구단 선임연구원 연구팀은 최낙원 바이오마이크로시스템연구단 선임연구원 연구팀과 공동으로 뇌신경세포(뉴런)의 기능을 갖춘 3차원 인공 뇌신경망을 구현하는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 
 

인공 뇌신경망은 뇌질환을 연구하고 치료법을 개발하는 데 필수적이다. 사람의 뇌에 직접 약물을 시험하기 어렵기 때문이다. 뉴런이 복잡하게 얽힌 뇌신경망에서는 특정 방향으로 뉴런이 잘 정렬돼 있어야만 신호 전달이 정상적으로 이뤄진다. 하지만 뉴런을 실험실에서 배양시키면 실제 뇌에서와 달리 불규칙한 방향으로 자라게 돼 제 기능을 하지 못하는 문제가 있었다.
 

이를 해결하기 위해 연구진은 고무처럼 탄성이 있는 틀(기판)을 사용해 뉴런의 배열 방향을 정렬하는 방법을 고안했다. 

 

먼저 뉴런을 젤리 같은 콜라겐에 섞어 실리콘 수지의 일종인 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 만든 틀에 붓는다. 양쪽에서 가운데 방향으로 누르거나 바깥 방향으로 당겼다가 놓는다. 이때 생기는 복원력에 의해 콜라겐 속 뉴런은 한쪽 방향으로 정렬된다. 이 상태로 배양시키면 실제 뇌신경망과 유사한 조건을 갖춘 인공 뇌신경망이 된다.

 

연구진은 이 기술을 활용해 뇌의 해마에서 추출한 뉴런으로 해마의 인공신경망을 만들었다. 그 결과 무작위 방향으로 배양시킨 인공 뇌신경망과 달리, 뇌에서와 동일하게 신호 전달이 제대로 이뤄지는 것으로 확인됐다.
 

최 연구원은 “기존에는 자기장이나 전기장 등을 이용해 뉴런을 정렬하려는 시도가 있었지만, 외부 자극에 의해 세포가 손상되거나 모든 뉴런이 일괄적으로 정렬되지 못하는 한계가 있었다”고 설명했다.
 

허 연구원은 “환자의 세포를 배양하는 줄기세포 기술과 융합한다면, 알츠하이머병 같은 뇌질환과 뇌신경망 기능 장애의 연관성을 밝혀 환자 맞춤형 치료법을 개발하는 데 도움이 될 것”이라고 밝혔다. 연구진은 연세대와 공동으로 이 기술을 근육세포에 적용해 인공 근육조직도 만들 계획이다.
 

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 2월 1일자에 게재됐다.

 

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