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척수 손상은 특정 뉴런의 리모델링으로 부분적으로 치유될 수 있습니다. 크레딧: Steve Gschmeissner/SPL
신경과학자들은 마비된 사람들이 다시 걸을 수 있도록 돕는 신경 세포를 확인했으며, 이는 척수 손상이 있는 더 넓은 범위의 사람들에게 혜택을 줄 수 있는 표적 치료의 가능성을 열었습니다 1 .
심각한 척수 손상은 보행을 제어하는 척추 하부의 신경 세포 네트워크와 뇌 사이의 연결을 방해할 수 있습니다. 2018년에 로잔에 있는 스위스 연방 공과 대학의 신경 과학자인 Grégoire Courtine과 그의 동료들은 경막외 전기 자극(EES)으로 알려진 기술인 전기 펄스를 척추 신경에 전달하는 것이 집중 훈련과 결합될 때 다음과 같은 효과를 얻을 수 있음을 보여주었습니다. 이런 종류의 척수 손상이 있는 사람은 다시 걷는다 2 . 실험에 참가한 3명의 참가자는 모두 중증 또는 완전한 운동 마비와 다리의 미미한 감각에서 스스로 걸을 수 있게 되거나 보행기나 목발로 걸을 수 있게 되었습니다. 다른 두 팀도 3 , 4 년에 비슷한 결과를 보였습니다 .
Courtine의 팀은 이제 이 시스템이 다리의 모든 감각을 상실한 사람들에게 효과가 있음을 보여줌으로써 작업을 확장했습니다. 이 그룹은 오늘 Nature 에 동일한 실험에 참가한 9명의 참가자(그 중 3명은 완전한 마비와 다리에 감각이 없었음)가 척추에 이식된 장치로 전달되는 EES와 짝을 이루는 훈련을 받은 후 걸을 수 있는 능력을 회복했다고 보고했습니다. 시험 5개월 후 모든 참가자는 안정성을 위해 보행기를 사용하여 자신의 체중을 견디고 걸음을 내디뎠습니다.
4명은 더 이상 걷기 위해 EES를 켤 필요가 없습니다. 이 지속적인 회복은 자극이 척추 뉴런의 리모델링을 유발하여 운동 네트워크를 다시 온라인 상태로 만든다는 것을 시사합니다.
척수 손상을 연구하는 호주 브리즈번 퀸즐랜드 대학의 신경과 전문의인 마크 루이텐버그(Marc Ruitenberg)는 “척수 손상이 있는 사람들에게 이 기술이 주는 희망의 양은 어마어마합니다.
감쇠된 활동
Courtine의 팀은 또한 재활 강화를 담당하는 뉴런을 발견했습니다. 반대로 직관적으로 사람에게 EES를 켰을 때 자극 부위의 신경 세포 활동이 감소했습니다. 팀은 이 단서를 사용하여 프로세스를 더 철저히 조사했습니다. 첫째, 연구원들은 부상 및 전기 자극에서 안정성을 위해 특별히 제작된 로봇 지원을 통한 훈련에 이르기까지 마우스 치료의 각 측면을 모방했습니다. 결과는 사람을 모방했습니다.
다음으로 연구자들은 마우스 척추 조직 샘플에서 수천 개의 개별 뉴런에서 유전자 활성을 측정했습니다. 이것은 하부 척수의 신경 세포 유형에 대한 정교하고 상세한 지도를 생성했습니다. 그런 다음 그들은 기계 학습 알고리즘을 사용하여 인간 참가자의 보행 능력에서 관찰된 변화와 유사한 EES 보조 재활의 세트 단계에서 유전자 활동의 변화를 나타내는 마우스 뉴런을 검색했습니다.
이 알고리즘은 운동 뉴런과 감각 뉴런을 연결하는 신경 세포인 흥분성 중간 뉴런(excitatory interneurons)의 하위 집단을 식별했습니다. Courtine의 팀이 부상당한 쥐의 그 세포를 침묵시켰을 때, 그들은 EES가 부상당한 동물이 더 이상 걸을 수 있게 하지 않는다는 것을 발견했습니다.
Courtine은 재활 중 해당 부위의 신경 활동이 전반적으로 감소한 것은 학습 과정을 반영한다고 말합니다. "생각해 보면 놀라운 일이 아닙니다. 왜냐하면 뇌에서는 과제를 배울 때 그것이 정확히 무엇인지 알 수 있기 때문입니다. 더 적은 양의 뉴런이 활성화되기 때문입니다." .
다음 단계
사람들에게서 이런 종류의 직접적인 증거를 수집하는 기술은 존재하지 않습니다. 그러나 캘리포니아 라호야에 있는 Salk Institute for Biological Studies의 신경과학자 Eiman Azim은 척추 구조가 인간과 쥐를 포함한 척추동물에서 매우 유사하기 때문에 동일한 뉴런이 효과에 대해 책임이 있을 것이라고 말했습니다.
결국 Azim은 척추 회로에 대한 상세한 이해를 통해 신경 과학자들이 유전자 치료와 같은 다른 치료법을 통해 특정 뉴런의 활동을 직접 조작할 수 있게 될 것이라고 말했습니다. Ruitenberg는 줄기 세포 치료가 척수 손상으로 손상된 신경 세포의 중요한 집단을 언젠가 대체할 수 있다고 말합니다.
Courtine 과 그의 동료들은 EES를 사용하여 원숭이의 팔 움직임과 손 그립을 복원했습니다 . 그리고 시애틀의 워싱턴 대학(University of Washington)의 한 그룹은 척수 부상을 입은 6명에게 목에 부착된 비침습성 전극이 있는 피부 패치를 사용하여 동일한 작업을 수행했습니다 6 .
척수 손상을 입은 사람들이 다시 걷는 것을 보는 것이 장관이기는 하지만, Ruitenberg는 걷는 것이 사람들에게 우선순위가 아닌 경우가 많다고 말합니다. 방광 조절, 장 조절 및 성기능의 상실은 삶의 질에 더 큰 영향을 미칠 수 있습니다. “이러한 종류의 기능도 이 기술로 향상될 수 있는지 여부를 보는 것은 매우 흥미로울 것입니다.”라고 그는 말합니다.
Courtine은 이러한 기능을 담당하는 신경을 식별하는 것이 이제 작업할 상세한 분자 지도를 가지고 있기 때문에 다음 단계 목록에 있다고 말합니다. 그는 또한 이 기술을 상용화하기 위해 네덜란드에 기반을 둔 신생 기업 ONWARD를 설립했습니다. 회사는 2024년에 새로운 시험을 위해 미국에서 70~80명의 참가자를 모집하기 시작할 것입니다.
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