인공 뇌 제작 성공…"난치성 뇌 질환 치료에 활용"

기초과학연구원 조승우 연구위원팀, 신생아 뇌 수준 최대 8mm까지 배양 성공

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 실제 인간 뇌와 유사한 인공 미니 뇌를 제작하는 데 성공했다. 난치성 뇌 질환 치료에 활용될 전망이다.

기초과학연구원(IBS)은 조승우 나노의학연구단 연구팀이 실제 인간 뇌와 유사한 환경을 구현한 ‘뇌 오가노이드 배양 플랫폼’을 개발해 ‘미니 뇌’제작에 성공했다고 5일 밝혔다. 신생아의 뇌 수준에 가깝게 성숙한 데다, 기존보다 2배 이상 크게 제작됐다.

‘뇌 오가노이드(organoid)’는 뇌 연구를 위한 최적의 모델로 각광받는데 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell)를 배양해 만든다. 그러나 기존 뇌 오가노이드는 태아 수준에 머물러 있다. 주로 사용하는 배양지지체가 뇌의 단백질 성분과 달라, 뇌 발달에 필요한 환경을 구현하지 못하기 때문이다. 또 오가노이드가 커질수록 중심부까지 산소 및 영양분 공급이 어려워 세포가 죽는 문제도 있었다.

연구팀은 나노기술로 이러한 한계를 극복했다. 우선 뇌의 미세환경과 유사한 젤리 형태의‘3차원 하이드로젤(hydrogel)’을 개발했다. 세포를 제거한(탈세포) 뇌의 세포외기질(extracellular matrix)을 활용해 뇌 발달에 필요한 생화학적·물리적 환경을 만들었다. 미세한 채널로 구성된 ‘미세유체칩(microfluidic chip)’을 도입, 배양액 흐름을 정밀 조정하여 산소와 배양액을 중심부까지 효과적으로 공급하도록 했다.

이후 개발한 하이드로젤을 이용해 뇌 오가노이드 배양실험을 진행했다. 그 결과 대뇌 피질(cortex)을 구성하는 신경상피(neuroepithelium)가 발달하여 뇌 주름이 다량 생성됐다. 또한 신경세포·성상교세포·미세아교세포 등 다양한 뇌세포가 기존 방식보다 많이 발현하였다. 뇌 구조 및 기능이 더욱 성숙해진 것이다.

여기에 미세유체칩을 적용하면 기존 뇌 오가노이드(2~3mm) 보다 약 2배가 큰 4~5mm 수준으로 커지고 신경 기능이 증진됐다. 연구진은 실험에 따라 최대 8mm까지 커지는 것을 확인했다. 이로써 기존보다 월등히 크고 발달한 인조 뇌를 제작할 수 있게 되었다.

조 연구위원은 “나노기술을 이용해 기존의 한계를 극복한 새로운 뇌 오가노이드 배양 플랫폼을 개발했다”며 “이는 난치성 뇌질환 기전 규명 및 치료제 개발을 위한 효과적인 체외모델로 활용할 수 있다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 14.919) 온라인판에 이날 오후 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr