"3D 프린팅한 신경 줄기세포로 뇌 손상 맞춤 치료"

인간 신경 줄기세포를 3D 프린팅해 두 층으로 된 뇌 조직 제작

옥스퍼드대 연구진은 대뇌 피질의 구조를 모방하기 위해 신경 세포를 3D 프린팅할 수 있다는 사실을 처음으로 입증했다. [사진= 게티이미지뱅크]

외상, 뇌졸중, 뇌종양 수술 등으로 인한 뇌 손상은 일반적으로 뇌의 바깥층인 대뇌 피질에 심각한 손상을 초래해 인지, 운동, 의사소통에 어려움을 겪게 한다. 매년 전 세계적으로 약 7000만 명의 사람들이 외상성 뇌 손상을 겪고 있으며, 이 중 500만 명은 중증 또는 치명적인 뇌 손상을 입는다. 하지만 현재 중증 뇌 손상에 대한 효과적인 치료법은 없는 상태이다.

그런데 ≪네이처 커뮤니케이션즈 저널≫에 게재된 연구에 따르면 옥스퍼드대 연구진은 대뇌 피질의 구조를 모방하기 위해 신경 세포를 3D 프린팅할 수 있다는 사실을 처음으로 입증했다. 뇌 손상을 입은 사람들에게 맞춤형 수리를 제공할 수 있는 길이 열린 것이다.

조직 재생 치료, 특히 환자 자신의 줄기세포에서 추출한 임플란트를 이식하는 치료는 뇌 손상을 치료할 수 있는 유망한 방법이 될 수 있다. 그러나 지금까지 이식된 줄기세포가 뇌의 구조를 모방하도록 보장하는 방법은 없었다.

하지만 옥스퍼드대 연구진은 인간 신경 줄기세포를 3D 프린팅해 두 층으로 된 뇌 조직을 제작했다. 대뇌 피질 구조는 대부분의 인간 조직에서 발견되는 세포 유형을 생성할 수 있는 잠재력을 가진 인간 유도만능줄기세포(hiPSC)로 만들어졌다. 조직 복구에 hiPSC를 사용하는 주요 장점은 환자 자신에게서 채취한 세포에서 쉽게 추출할 수 있으므로 면역 반응을 유발하지 않는다는 것이다.

프린팅된 뇌 조직을 쥐의 뇌 조각에 이식됐을 때, 세포는 숙주 조직과 구조적, 기능적 통합을 확실하게 보여줬다. 신경 과정의 투영과 이식-숙주 경계를 가로지르는 뉴런의 이동으로 입증된 바와 같이 강력한 통합을 보여준 것이다. 또 이식된 세포는 숙주 세포의 신호 활동과 상관관계가 있는 신호 활동을 보였다. 이는 인간과 쥐의 세포가 서로 소통하며 구조적 통합뿐만 아니라 기능적 통합을 보여주고 있음을 나타낸다.

연구진은 "이번 연구는 자연 뇌 조직의 완전한 구조와 기능을 갖춘 소재를 제작하는 데 중요한 진전을 이룬 것"이라며 "이 연구는 뇌 손상을 입은 개인에게 희망을 줄 것"이라고 말했다.

연구진은 이제 인간 뇌의 구조를 더욱 사실적으로 모방한 복잡한 다층 대뇌 피질 조직을 만들 계획이다. 이렇게 만들어진 조직은 뇌 손상을 치료할 수 있는 잠재력 외에도 약물 평가, 뇌 발달 연구, 인지의 기초에 대한 이해를 높이는 데 사용될 수 있다.

연구진은 "인간의 뇌 발달은 복잡한 안무와 함께 섬세하고 정교한 과정이다. 실험실에서 전체 세포의 진행 과정을 재현할 수 있다고 생각하는 것은 순진한 생각일 것이다"며 "그럼에도 불구하고 우리의 3D 프린팅 프로젝트는 상당한 진전을 보여줬다"고 말했다.

박주현 기자 (sabina@kormedi.com)