쥐에 이식된 인간의 '미니 뇌'는 흥분과 우려를 불러일으킨다

[이매진]

쥐에 이식된 인간의 '미니 뇌'는 흥분과 우려를 불러일으킨다

https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-x

쥐에 이식된 인간의 '미니 뇌'는 흥분과 우려를 불러일으킨다

쥐-인간 하이브리드 뇌는 인간의 신경 장애를 연구하는 새로운 방법을 제공하지만 윤리적 문제도 제기합니다.

• 사라 리어던

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연구자들은 인간의 뇌 오가노이드(밝은 녹색)를 갓 태어난 강아지의 뇌에 이식하여 뉴런이 인터페이스하는 하이브리드 뇌를 만들었습니다. 크레딧: 스탠포드 대학교

쥐에 이식된 인간의 뇌와 같은 소형 구조는 신호를 보내고 쥐의 수염이 포착한 환경 신호에 반응할 수 있다고 연구 1 에서 밝혔습니다 . 인간 줄기 세포에서 자란 뉴런이 살아있는 설치류의 신경 세포와 인터페이스할 수 있다는 이 실증은 인간의 뇌 장애에 대한 치료법을 테스트하는 방법으로 이어질 수 있습니다 .

하이브리드 뇌: 인간 뉴런을 동물에 이식하는 윤리

과학자들은 인간 줄기 세포에서 자라는 작은 뇌와 같은 구조인 뇌 오가노이드를 사용하여 인간이 발달하는 신경퇴행성 및 신경정신병적 장애를 연구하고자 합니다. 그러나 오르가노이드는 지금까지 인간의 두뇌를 모방했습니다. 그들은 혈관이 발달하지 않아 영양분을 공급받지 못하므로 오래 가지 못합니다. 그리고 그들은 완전히 성장하는 데 필요한 자극을 받지 않습니다. 인간 유아의 뇌에서 뉴런의 성장 및 다른 뉴런과의 연결 발달은 부분적으로 감각의 입력에 기반합니다.

뇌 오르가노이드에 이러한 자극과 지원을 제공하기 위해 캘리포니아 스탠포드 대학의 신경과학자 Sergiu Pasca와 그의 동료들은 인간 줄기 세포에서 구조를 성장시킨 다음 인간 세포가 함께 성장할 것으로 기대하면서 갓 태어난 새끼 쥐의 뇌에 주입했습니다. 쥐의 자신의 세포. 연구팀은 쥐의 수염과 기타 감각 기관에서 신호를 받은 다음 신호를 해석하는 다른 뇌 영역으로 전달하는 체성 감각 대뇌 피질(somatosensory cerebral cortex)이라는 뇌 영역에 오가노이드를 배치했습니다.

실험실에서 자란 두뇌가 의식을 가질 수 있습니까?

인간의 뇌 세포는 쥐의 세포보다 훨씬 더 천천히 성숙하기 때문에 연구자들은 오르가노이드가 쥐의 뇌에 완전히 통합될 때까지 6개월 이상을 기다려야 했습니다. 그러나 그들이 그 시간이 끝날 때 동물의 뇌를 조사했을 때 통합이 너무 성공적이어서 "회로에 또 다른 트랜지스터를 추가하는 것"과 거의 같았다고 Pasca는 10월 10일 기자 회견에서 말했습니다.

매사추세츠주 케임브리지에 있는 하버드 대학의 분자생물학자인 파올라 알로타(Paola Arlotta)는 그 결과에 대해 기뻐하고 있습니다. 그녀는 이식 절차가 표준 연구 도구가 되기에는 여전히 너무 비싸고 복잡하다고 생각하지만 “오가노이드가 뇌의 더 복잡한 특성을 알려줄 수 있도록 하는 중요한 단계입니다. Arlotta는 다음 단계는 완전히 발달된 오르가노이드뿐만 아니라 개별 인간 뉴런이 쥐의 뇌에 통합되는 방법을 알아내는 것이라고 덧붙였습니다.

행동 트리거

10월 12일 네이처 에 발표된 보고서에서 연구자들은 쥐의 뇌에 내장된 광섬유 케이블의 빛으로 자극을 받았을 때 오르가노이드의 뉴런이 발화하도록 유전적으로 어떻게 조작했는지 설명합니다. 연구팀은 조명이 켜져 있는 동안 쥐가 물을 마시기 위해 주둥이를 핥도록 훈련시켰다. 그 후, 연구자들이 하이브리드 뇌에 빛을 비추자 쥐는 주둥이를 핥게 되었는데, 이는 인간 세포가 동물의 행동을 유도하는 데 도움이 될 만큼 충분히 잘 통합되었음을 의미합니다. 또한 연구자들이 쥐의 수염을 변형했을 때 감각 피질의 인간 세포가 반응하여 발화한다는 것을 발견했으며, 이는 세포가 감각 정보를 포착할 수 있음을 시사합니다.

줄기세포로부터 생성되어 쥐의 뇌에 이식된 인간의 뉴런(오른쪽)은 접시(왼쪽)에서 배양된 것보다 더 완벽하게 자랍니다. 크레딧: 스탠포드 대학교

뇌 장애 연구에 대한 그들의 작업 가능성을 입증하기 위해 Pasca와 그의 동료들은 또한 자폐증에서 볼 수 있는 것과 유사한 증상을 유발할 수 있는 티모시 증후군이라는 유전적 상태를 가진 세 사람의 줄기 세포에서 뇌 오르가노이드를 만들었습니다. 작은 구조는 접시에서 자라는 다른 뇌 오르가노이드와 똑같아 보이지만 연구원들이 그것을 쥐에게 이식했을 때 다른 것들만큼 커지지 않았고 뉴런도 같은 방식으로 발화하지 않았습니다.

캘리포니아 라호야에 있는 Salk Institute for Biological Studies의 신경과학자 Rusty Gage는 이러한 결과를 보고 기뻐합니다. 2018년에 그와 연구원 팀은 이식된 인간 뇌 오르가노이드가 성체 쥐의 뇌에 통합될 수 있음을 발견했습니다 2 . 쥐는 쥐만큼 오래 살지 않기 때문에 Pasca와 그의 동료들은 갓 태어난 쥐의 뇌가 성체 동물의 뇌보다 더 가소성이어서 새로운 세포를 더 잘 수용할 수 있기를 바랐습니다.

Gage는 “저희에게는 해결해야 할 과제가 있습니다. "하지만 이식 절차가 귀중한 도구가 될 것이라고 믿습니다."

최초의 원숭이-인간 배아, 잡종 동물에 대한 논쟁 재점화

도전 과제 중 일부는 윤리적입니다. 사람들은 설치류-인간 잡종을 만드는 것이 동물에게 해를 입히거나 인간과 같은 뇌를 가진 동물을 만들 수 있다고 우려합니다. 작년에 미국 국립 과학, 공학 및 의학 아카데미(National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine)가 조직한 패널 은 인간의 뇌 오르가노이드가 아직 너무 원시적이어서 의식을 갖거나 인간과 같은 지능을 얻거나 법적 규제가 필요할 수 있는 다른 능력을 습득할 수 없다는 결론을 내린 보고서를 발표했습니다 . Pasca는 그의 팀의 오르가노이드 이식이 쥐에게 발작이나 기억력 결핍과 같은 문제를 일으키지 않았으며 동물의 행동을 크게 바꾸지 않은 것으로 보입니다.

그러나 National Academies 패널의 Arlotta는 과학이 발전함에 따라 문제가 발생할 수 있다고 말합니다. “한 번만 논의하고 그냥 둘 수는 없습니다.”라고 그녀는 말합니다. 그녀는 인간 오르가노이드에 대한 우려가 신경계 및 정신 장애를 가진 사람들의 요구와 비교되어야 한다고 덧붙였습니다. 뇌 오르가노이드와 인간-동물 하이브리드 뇌는 이러한 질병의 기전을 밝히고 연구자들이 정신분열증 및 양극성 장애와 같은 상태에 대한 치료법을 테스트할 수 있도록 합니다. 알로타는 “우리는 사회로서 우리가 할 수 있는 모든 것을 해야 할 책임이 있다고 생각합니다.

도이: https://doi.org/10.1038/d41586-022-03238-x