캠브리지 연구진, 실험실 뇌-척수 모델로 신경 재생 가능성 다시 열었다

실험실에서 뇌와 척수를 연결해 봄

• 캠브리지대 연구진이 인간 줄기세포로 뇌와 척수를 흉내 낸 오가노이드 모델을 만들었음

  • 기존에는 2021년에 환자 유래 줄기세포로 완두콩 크기의 미니 뇌를 만들고, 운동신경질환의 분자적 문제를 살펴봤음
  • 이번에는 한 단계 더 나아가 뇌 조직과 척수 조직을 따로 만들고, 둘 사이가 축삭으로 연결되는지 본 것임

• 실제 몸에서는 뇌와 척수가 서로 다른 조직이지만 축삭으로 이어져 있음

  • 연구진은 그래서 뇌 오가노이드와 척수 오가노이드를 일부러 떨어뜨려 배치함
  • 그러자 뇌 조직에서 나온 신경섬유가 간격을 건너 척수 쪽으로 자라났고, 작동하는 회로를 형성함
  • 이 회로는 작은 근육 클러스터를 수축시키는 수준까지 도달했음. 그냥 모양만 비슷한 모델은 아니었다는 얘기임

재생 능력은 언제 꺼지나

• 연구진은 이 인간 신경계 모델을 1년 넘게 키우면서 손상 뒤 축삭이 다시 자라는 능력을 추적함

  • 약 150일까지는 축삭이 손상 뒤에도 다시 자랄 수 있었음
  • 이 시점은 임신 중기쯤에 해당하는 발달 단계로 해석됨
  • 하지만 그 이후 더 성숙한 오가노이드에서는 축삭 재성장 능력이 급격히 떨어졌음

• 논문의 제1저자인 조지 기번스는 이 현상을 “중추신경계의 인간 뉴런이 성숙하면서 재생 불량이 내장된다”는 식으로 설명함

  • 덜 성숙한 오가노이드에서 나온 뉴런은 손상 뒤 긴 섬유를 다시 길렀음
  • 더 성숙한 오가노이드의 뉴런은 같은 조건에서 재성장 능력이 확 꺾였음
  • 척수 손상이 영구 마비로 이어지는 이유를 세포 성숙 과정에서 다시 본 셈임

유전자 스위치를 건드리자 다시 자라기 시작함

• 연구진은 뇌와 척수를 잇는 뉴런의 유전자 발현을 분석해 축삭 성장 제한 네트워크를 찾았음

  • 이 네트워크는 뉴런이 성숙하고 시냅스를 형성하는 과정에서 축삭 성장 능력을 제한하는 스위치처럼 작동함
  • 놀라운 건 핵심 조절자를 막자 축삭 성장 능력이 다시 켜졌다는 점임

• 그다음 연구진은 약물 화합물 데이터베이스를 뒤져 이 유전자 네트워크에 작용할 후보를 찾았음

  • 후보로 나온 물질은 리네스트레놀이라는 호르몬 약물임
  • 리네스트레놀은 특정 생리 질환 관리와 피임 목적으로 이미 허가된 약물로 소개됨
  • 손상된 뉴런에 적용했을 때 축삭 재성장을 유의미하게 끌어올렸다고 연구진은 보고함

• 다만 이게 곧바로 척수 손상 치료제라는 뜻은 아님

  • 연구진도 리네스트레놀 자체가 정답일 필요는 없다고 선을 그음
  • 중요한 건 인간 뉴런을 직접 겨냥해 축삭을 다시 자라게 할 수 있다는 원리를 보였다는 점임
  • 실제 치료로 가려면 뇌와 척수 세포 사이에 올바른 연결이 다시 만들어지는지도 검증해야 함

왜 동물 모델 말고 오가노이드인가

• 연구진은 인간 오가노이드 모델이 동물 실험의 빈틈을 메울 수 있다고 봄

  • 쥐나 랫드는 인간 생물학을 이해하는 데 유용하지만, 신경 재생에서는 인간 뉴런과 다르게 행동할 수 있음
  • 선임저자인 안드라스 라카토스는 설치류에서 얻은 지식만으로는 환자에게 보이는 현상을 설명하는 데 한계가 있다고 말함

• 이 모델은 동물 사용을 줄이는 연구 흐름에도 맞아 있음

  • 캠브리지대에서는 오가노이드를 손상 간 복구, 소아 크론병 이해, 초기 임신 모델링 등 여러 분야에 이미 활용 중임
  • 이번 연구는 그중에서도 인간 중추신경계 연결과 손상 회복을 접시에 재현하려는 시도임

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기술 맥락

• 이 연구의 기술적 선택은 동물 모델 대신 인간 줄기세포 기반 오가노이드로 뇌와 척수 연결을 재현한 거예요. 척수 재생은 설치류와 인간 뉴런의 차이가 커서, 쥐에서 잘 보이는 현상이 사람에게 그대로 이어진다고 보기 어렵거든요.

• 뇌 오가노이드와 척수 오가노이드를 붙여버리지 않고 떨어뜨려 둔 것도 중요해요. 실제 몸에서 두 조직은 축삭으로 연결되기 때문에, 연구진은 신경섬유가 간격을 건너 자라고 기능적 회로를 만드는지 직접 확인하려 한 거예요.

• 150일 전후를 관찰한 건 단순한 배양 기간 기록이 아니에요. 발달 단계가 지나면서 인간 뉴런 내부에서 축삭 재생 능력이 어떻게 꺼지는지 보려면, 같은 시스템을 오래 키우며 성숙도에 따른 변화를 봐야 하거든요.

• 약물 데이터베이스를 뒤져 리네스트레놀을 찾은 부분은 “새 약을 처음부터 만들자”보다 빠른 탐색 전략에 가까워요. 이미 허가된 약물이 특정 유전자 조절 네트워크에 영향을 줄 수 있다면, 원리 검증과 후속 연구의 출발점으로 쓰기 좋기 때문이에요.