줄기세포로 만든 '인공 브레인'이 뇌파 신호 보내

2019.09.02 03:00

부속물1-미국 샌디에이고 캘리포니아대 의대 연구팀이 줄기세포로 만든 뇌 오가노이드. 배양 10개월 째인 뇌 오가노이드는 완두콩만 한 크기다. Muotri Lab 제공

미국 샌디에이고 캘리포니아대 의대 연구팀이 줄기세포로 만든 뇌 오가노이드. 배양 10개월 째인 뇌 오가노이드는 완두콩만 한 크기다. Muotri Lab 제공

 

다양한 신체 부위로 분화하는 능력을 가진 줄기세포를 이용해 배양접시에서 만든 미니 인공 뇌가 살아있는 사람처럼 뇌파를 생성하는데 성공했다. 연구진이 배양한 미니 뇌는 콩만한 크기로 '오가노이드'라고 불리는 미니 장기의 하나다. 지금까지 뇌 오가노이드를 배양하는 연구는 많았지만 실제 뇌파 형태의 전기신호를 내는 사례는 처음이다. 

 

앨리슨 무오트리 미국 샌디에이고 캘리포니아대(UCSD) 의대 세포및분자의학과 교수팀은 대뇌피질에서 신경망을 구성하는 줄기세포를 이용해 뇌 오가노이드를 만들었다. 완두콩 크기의 이 미니 뇌를 만든 목적은, 뇌가 어떻게 발달하는지 관찰하기 위해서다. 과학자들은 뇌세포끼리의 상호작용을 관찰하기 위해 줄기세포로 뇌 오가노이드를 만들고 있다. 사람 뇌는 다른 동물보다 훨씬 발달했기 때문에 동물 실험으로는 연구에 한계가 있고, 사람의 뇌는 직접 들여다보기 어렵기 때문이다. 

 

무오트리 교수팀은 10개월간 수백 개의 뇌 오가노이드를 배양하면서 전극을 붙여 뇌파와 유사한 전기적인 활동이 일어나는지 지켜봤다. 2개월 뒤 뇌 오가노이드에서 발생한 전기신호를 포착했다. 처음에는 동일한 주파수의 전기신호가 불규칙적으로 나타났다. 하지만 시간이 흐르면서 다른 주파수에서 규칙적인 전기신호가 잡혔다. 

 

연구팀은 이 전기신호의 패턴이 수정 후 6~9개월에 태어난 미숙아의 뇌파와 비슷하다는 사실을 알아냈다. 뇌 오가노이드에서 뇌파가 나왔다는 것은 배양하는 동안 인간의 뇌와 비슷하게 신경망을 발달시켰다는 뜻이다. 

 

과학자들은 이 미니 뇌에 다양한 종류의 뇌세포가 들어 있는 것이 아니어서 아직 생각을 하거나 감정을 느끼는 수준은 아니라고 보고 있다. 무오트리 교수는 “뇌 오가노이드를 이용해 신경망이 발달하는 과정과 뇌 세포 간 신호 전달 과정을 연구할 계획”이라며 “이를 통해 자폐증이나 뇌전증, 조현병 등 뇌 질환이 발생하는 원인과 과정을 밝힐 수 있을 것”이라고 기대했다. 이 연구 결과는 국제학술지 ‘셀 스템셀’ 8월 29일자에 발표됐다. 

 

부속물2-연구팀이 줄기세포로 만든 ′미니 뇌′에서 포착한 전기신호. Muotri Lab 제공
연구팀이 줄기세포로 만든 '미니 뇌'에서 포착한 전기신호. Muotri Lab 제공

부속물3-연구팀이 개발한 미니 뇌의 단면. 대뇌피질 형성 초기단계를 보여준다. Muotri Lab 제공
연구팀이 개발한 미니 뇌의 단면. 대뇌피질 형성 초기단계를 보여준다. Muotri Lab 제공

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