네이처 제공 이번주 국제학술지 '네이처' 표지에는 인간 뇌 오가노이드가 생쥐 뇌에 이식되는 모습을 표현한 그림이 실렸다. 그림 상단의 인간 뇌 오가노이드가 아래쪽 생쥐 뇌의 빈 공간에 꼭 들어맞는다. 세르지우 P. 파슈카 미국 스탠퍼드대 의대 정신의학·행동과학 교수팀은 대뇌피질과 해마의 흥분성 신경세포 대부분을 제거한 생쥐에 인간 대뇌피질 오가노이드를 이식한 연구결과를 16일(현지시간) 네이처에 발표했다. 오가노이드는 줄기세포를 배양해 실제 장기의 구조와 기능을 일부 재현한 '미니 장기'다. 살아있는 인간 뇌 조직을 연구에 직접 활용하기 어려운 만큼 인간 뇌 오가노이드는 신경세포의 발달과 기능을 연구하는 데 활용된다. 오가노이드를 활용해도 연구에는 한계가 있다. 뇌 오가노이드는 실제 뇌 구조·기능을 부분적으로만 재현하며 나머지 뇌 영역과 몸 전체와 연결되지 않아 신경회로 수준의 작동 방식이나 행동에 미치는 영향을 파악하기 어렵다 황금성다운 . 연구팀은 기존 오가노이드의 한계를 극복하고자 새로운 동물실험 모델을 개발했다. 대뇌피질과 해마 대부분이 형성되지 않도록 유전자를 바꾼 생쥐의 뇌 빈 공간에 출생 직후 인간 줄기세포에서 배양한 대뇌피질 오가노이드를 이식했다. 연구팀은 새로운 모델을 '이종피질 생쥐(xenocortical mouse)'라고 명명했다. 이종피질 생쥐에 이식된 인간 뇌 오가노이드는 생쥐 대뇌피질 부피의 90%를 차지할 만큼 성장했다. 오가노이드에서는 다양한 종류의 인간 대뇌피질 세포가 새롭게 형성됐다. 칼슘 영상기법과 전기생리학 분석으로 신경세포를 분석한 결과 인간 뇌 오가노이드에서 유래한 신경세포가 생쥐 신경계와 연결돼 실제 발달 중인 신경회로와 유사한 조직적인 활동 패턴을 보였다 모바일 야마토5 . 인공 신경세포가 생주 뇌와 통합된 것이다. 연구팀은 이종피질 생쥐의 행동 특성도 분석했다. 분석 결과 생쥐의 전반적인 이동 능력은 유지됐지만 팔다리 협응 능력과 자발적 행동 양상에서는 일부 차이가 나타났다. 이종피질 생쥐를 이용해 발달 중인 인간 대뇌피질 세포에 손상이 발생했을 때 나타나는 행동 변화도 측정할 수 있었다. 연구팀은 새로운 모델이 인간의 신경발달 과정과 신경계·정신질환이 신경회로·행동에 미치는 영향을 연구하는 데 활용될 것으로 기대했다. 향후 뇌질환 치료법을 개발하고 효과를 평가하는 데도 도움이 될 것으로 전망했다. 연구는 광범위한 윤리적 검토 하에 진행됐다. 연구팀은 "이종피질 생쥐와 같은 새로운 모델이 가져올 과학적·의학적·사회적·윤리적 영향을 고려해 적절한 연구 지침을 마련해야 한다"고 강조했다. <참고 자료> doi.org/10.1038/s42-2 특성도 분석했다.