줄기세포에서 인간의 뇌조직을 단순화

UCLA 연구진은 줄기세포에서 인간의 뇌 조직을 단순화시키기위한 개선된 기술을 개발했다. 이러한 소위 "미니 뇌 유기체"는 인간의 두뇌가 어떻게 성장하고 성장 하는지를 모방하기 때문에 복잡한 신경 질환을 연구하는 데 필수적입니다.

Cell Reports 저널에 실린 한 연구에서 Zika가 태아의 뇌 조직을 감염시키고 손상시키는 방법을 더 잘 이해하기 위해 유기체를 사용하여 바이러스의 손상을 막을 수있는 약물을 확인할 수있었습니다. 연구는 간질, 자폐증 및 정신 분열증과 같은 인간의 신경학 및 신경 발달 장애를 연구하는 새로운 방법으로 이어질 수 있습니다.

뇌 및 신경계에 영향을 미치는 질병은 가장 쇠약 해지는 건강 상태 중 하나 라고 UCLA의 신경 세포학 교수는  말했으며 UCLA의 재생 의학 및 줄기 세포 연구 센터는  두뇌 유기체는 다른 모델에는 존재하지 않는 인간의 뇌 기능을 검사 할 수있는 기회를 제공하며 실제 인간 뇌와의 유사성으로 인해 다양한 약물이 비정상적 또는 병이있는 뇌 조직에 어떻게 영향을 주는지 테스트 할 수있을 것으로 기대한다고 합니다.

약 5년 동안 과학자들은 인체 다능성 줄기세포를 사용하여 체내의 모든 세포 유형을 만들어 미니 뇌 기관을 개발할 수 있었습니다. 그러나 그들이 생산한 유기체는 일반적으로 구조가 매우 다양하고 세포 구성이 일치하지 않아 연구에 사용하기가 어려웠으며 뇌의 계층 구조를 정확하게 모방하지 못하고 너무 작아서 종종 머리보다 크지 않기 때문에 일반적으로 사용하기가 어려웠습니다.  그들은 또한 실험실에서 매우 오래 살아남지 못했으며 실제 인간 뇌 조직과 관련하여 분류하기 어려운 신경 조직을 포함하고 있었습니다.

Novitch의 그룹이 개발한 유기체는 인간의 뇌의 양파와 유사한 층을 정확히 닮은 계층화 된 구조를 가지며, 더 오래 생존하고보다 크고 균일 한 모양을 갖습니다.

두뇌 유기체를 만들기 위해  이전에 다른 과학자들이 사용한 방법을 몇 가지 수정했습니다.  특정 수의 줄기 세포와 화학적 환경이 변형된 특수 배양 접시를 사용했습니다. 이전 방법은 다양한 양의 세포와 다른 종류의 접시를 사용했습니다. 그리고 그들은 인간의 뇌 성장에 결정적인 세포 신호 전달 경로를 자극하는 LIF라는 성장 인자를 추가했습니다.

연구팀은 그들이 개발한 유기체와 실제 인간 뇌 조직 사이에 중요한 유사성을 발견했습니다. 그 중에서도 오가 노이드의 해부학은 생각, 언어 및 의사 결정과 관련된 뇌의 영역인 인간의 피질과 매우 유사합니다. 그리고 대뇌 피질에서 흔히 볼 수있는 다양한 종류의 신경 세포 유형이 모두 유기체에 존재하며, 전기적 활동과 네트워크 기능을 나타내어 인간의 뇌에서 신경 네트워크처럼 서로 통신 할 수 있음을 의미합니다.

UCLA 과학자들은 운동 제어에 관여하고 파킨슨병과 헌팅턴병과 같은 신경 퇴행성 질환의 영향을 받는 기저핵을 비롯한 뇌의 다른 부분을 만들기 위해 방법론을 수정할 수 있음을 발견했습니다.

UCLA는 유기체는 완전한 기능을 하는 인간의 뇌에 가까운 것은 아니지만 다른 모델보다 훨씬 더 일관되게 인간의 뇌 구조를 모방한다. 이 방법을 사용하여 뇌 연구를 향상시킬 수 있습니다. 그 이유는 데이터가 실험에서 실험에 이르기까지 정확하고 일관되고 실제 인간의 뇌와 더 비슷하기 때문입니다.

오가노이드를 Zika에 노출 시켰을 때 그들은 바이러스가 태아 발달 중에 뇌가 자라는 신경 줄기 세포를 어떻게 파괴 하는지를 구체적으로 발견했습니다. 연구팀은 신경줄기 세포의 외부 표면에 수용체라고 불리는 4개의 특정 분자가 있다는 것을 발견했다. 이전의 연구는 Zika 바이러스가 이들 수용체에 결합하여 세포를 감염시킬 수 있다고 지적했다. 그 연구원은 지카(Zika) 감염 후 신경줄 기세포에서 일어난 변화를 매핑하여 바이러스가 어떻게 태아의 뇌 조직에 침투하고 해를 끼치는 지 명확하게 보여 주었습니다.

Zika는 비정상적으로 태아의 뇌 손상 발생률이 높기 때문에 신경 줄기 세포가 바이러스에 어떻게 영향을 받는지 이해하는 것이 치료를 향한 중요한 새로운 단계가 될 수 있습니다.

연구진은 Zika에 감염된 유기물에 대해 여러가지 약제를 테스트했다. 연구팀은 뇌 조직에 바이러스가 침투하는 것을 막는 데 효과적인 세 개를 발견했습니다. 두 개는 바이러스와 신경 줄기 세포의 입구 수용체 사이의 상호 작용을 막음으로써 신경 줄기세포를 보호했습니다.  이전의 연구에서, 그 약물 중 하나는 Zika에 감염된 태아 쥐의 뇌 손상을 감소시켰습니다.

하나의 뉴런이 다른 사람과 의사 소통하는 방식이나 바이러스와 같은 외부 요인이 신경 세포와 상호 작용하는 방식의 결함으로 인해 많은 신경 질환이나 상태가 발생합니다.   세포 대화의 수준에 집중할 수 있다면,  그러한 바람직하지 않은 세포 상호 작용을 모델링 할 수 있어야하고 약물이나 다른 치료법으로 그들을 상쇄시킬 수 있어야합니다.

팀은 개선된 유기체를 계속 사용하여 인간의 두뇌 발달을 더 잘 이해하고 자폐증 스펙트럼 장애, 간질 및 기타 신경 학적 상태에 대해 더 많이 배울 계획입니다.