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인간의 피부 세포를 배양한 콩알 크기의 세포 조직에서 인간의 태아와 비슷한 뇌파를 감지하는 데 성공했다.

캘리포니아대학 샌디에고 신경과학자 앨리슨 무트리(Allysson Muotri) 교수 연구팀이 배양 된 세포에서 뇌파를 검출했다고 발표했다.

무트리 교수는 교토 대학 iPS세포연구소 소장인 야마나카 교수가 UC 샌디에고에서 연구한 iPS세포를 발전시켜 인간의 피부 세포를 줄기세포로 변화시킨 후 ‘뇌 오가노이드’로 불리는 세포 조직을 만드는 데 성공했다.

특히 이 오가노이드는 인간 태아의 초기 단계 뇌파를 방출하는 것으로 밝혀졌다.

연구 결과는 세포 줄기세포 저널 ‘Cell Stem Cell’에 논문명 ‘대뇌피질의 유기체 모델에서 나오는 복합 진동파의 초기 인간 두뇌 네트워크 개발(Complex Oscillatory Waves Emerging from Cortical Organoids Model Early Human Brain Network Development)’으로 2019년 10월 3일 게재됐다.

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오가노이드는 시험관 내에서 생성된 장기로 실물의 장기보다 작고 단순한 조직이면서 실제와 똑같은 해부학 구조를 가지고 있다.

오가노이드를 만들어내는 기술은 2010년대 초부터 급속한 발전을 이루어 왔다. 하지만 이처럼 발전한 신경세포 네트워크를 가진 뇌 오가노이드가 시험관에서 만들어진 것은 이번이 처음이다.

따라서 이번 뇌 오가노이드는 신경 발달 메커니즘을 밝혀내 질병 모델링이나 약물시험, 심지어 AI 기술의 응용에 이르기까지 다양한 분야에서 활용이 가능할 것으로 보인다.

또한 연구팀은 여러 뇌 오가노이드가 생성된 후 2개월부터 뇌파를 폭발적으로 방출하고 있는 것을 밝혀냈다. 뇌파 신호는 드물게 나타나지만 일정한 주파수로 발현됐다. 이는 발달 초기 단계에 있는 인간 태아의 뇌파에 가까운 것이다.

이후 연구팀은 생후 6개월 ~ 9개월 미숙아 39명의 뇌파 데이터로 AI를 훈련하고 다중 전극 어레이 장치에서 측정한 뇌 오가노이드의 신경 활동을 분석했다. 그러자 실제로 뇌 오가노이와 태아 뇌파가 높은 정밀도로 일치했다. 이는 뇌 오가노이드가 인간의 뇌와 비슷한 성장 과정을 닮고 있는 것으로 해석된다.

한편, 실험실에서 생성된 뇌 오가노이는 9개월~10개월에 성장이 멈추는 문제도 발생했다, 아직 그 원인은 파악하지 못하고 있다. 연구팀은 조직에 영양을 전달하는 혈관 생성 문제나 감각기관에서 얻을 수 있는 자극이 없는 것이 원인으로 추정하고 있다.

연구팀은 향후 뇌 오가노이드를 더 연구 개량해 자폐증이나 간질, 정신분열증 등 신경망 기능 문제 질환의 치료법에 대한 연구를 진행할 예정이다.

또한 윤리적 문제에 대해 무트리 교수는 “뇌 오가노이드는 아주 간단한 모델이라 실제 뇌와 같은 활동과는 무관하다”고 말했다. 이는 뇌 오가노이가 의식을 가지고 있을 가능성이 낮다는 견해다.

김민중 기자 science@