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- 우리 뇌는 인지 능력을 제공하는 약 1000억 개의 신경 세포로 구성
- 실험실에서 성장한 뇌세포를 상호 연결
- 인간 줄기 세포가 3차원 뇌와 유사한 구조로 성장한 실험 모델 조직

뇌세포로 만든 단추끈
신경생물학자들이 처음으로 실험실에서 성장한 뉴런을 연결했다.

반짝이는 청록색, 보라색, 분홍색으로 이루어진 이 구조는 언뜻 보기에 단추줄이나 사다리의 가로대를 연상시키지만 실제로는 뇌세포가 성장한 것이다. 신경생물학자들은 실제 뇌에서와 마찬가지로 이러한 뉴런을 인위적으로 상호 연결하는 데 처음으로 성공했다. 그들은 뇌 연구에서 획기적인 성과를 거둘 수도 있었다. 

▲ 실험실에서 인공적으로 연결된 이러한 뇌 세포는 뇌 연구에 혁명을 일으킬 수 있다. © Institute of Industrial Science, The University of Tokyo

우리의 뇌는 자연이 만든 기관 중 가장 복잡한 기관으로 여겨진다. 이것은 특별한 방식으로 서로 연결되어 우리에게 놀라운 인지 능력을 제공하는 약 1000억 개의 신경 세포로 구성된다. 기적의 뇌를 더 자세히 연구하기 위해서는 실험실에서 뇌의 미니 버전을 성장시키는 것이 실용적일 것이다. 사실, 과학자들은 이미 그러한 뇌 유기체를 만들었다. 그러나 우리 사고 기관에서 뇌의 여러 영역을 연결하는 것과 유사한 이러한 오가노이드 중 여러 개를 연결하는 것은 지금까지 거의 불가능한 것으로 입증되었다.

실험실의 첫 번째 뉴런 연결

이제 도쿄 대학의 타츠야 오사키(Tatsuya Osaki)가 이끄는 연구팀은 통제된 방식으로 실험실에서 성장한 뇌세포를 상호 연결하여 뇌의 복잡한 뉴런 네트워크를 모방하는 데 처음으로 성공했다. 연구팀은 이 미니 네트워크의 구성 요소로 신경 오가노이드를 사용했다. 인간 줄기 세포가 3차원 뇌와 유사한 구조로 성장한 실험 모델 조직이다.

그런 다음 Osaki와 그의 동료들은 신경 세포가 이웃과 통신하는 길고 좁은 세포 확장인 축삭을 연결해 서로 다른 유기체 사이의 연결을 만들었다. 축색돌기를 연결함으로써 결국 뇌세포 사이에 두께가 100마이크로미터가 넘는 축삭다발이 나타났다. 이미지는 이러한 다발을 구형 세포체 사이의 연결 가닥으로 보여준다.

복잡하고 뇌와 유사한 활동 측정

“개별 신경 유기체에서 세포는 상대적으로 단순한 전기적 활동을 보여준다"고 공동 저자이자 도쿄 대학의 Tomoya Duenki가 보고했다. "우리가 두 개의 뉴런 유기체를 축삭 다발과 연결했을 때 이러한 양방향 연결이 어떻게 뇌의 두 영역 사이의 연결과 유사한 유기체 사이의 활동 패턴을 생성하고 동기화하는 데 도움이 되는지 확인할 수 있었다." 모델 조직의 활동성은 연결로 인해 훨씬 ​​더 복잡해졌다.

앞으로 연구원들은 자신의 방법을 사용해 뇌가 작동하는 방식과 복잡한 신경 네트워크의 역할에 대해 더 많이 알기를 원한다. 이러한 네트워크를 통해 우리는 언어, 감정과 같은 몇 가지 핵심 능력을 가질 수 있다. 이 연구는 또한 "잘못된 배선"으로 인해 신경 및 정신 질환이 발생하는 사람들에게도 도움이 될 수 있다.
(mature communications, 2024; doi: 10.1038/s41467-024-46787-7)
출처: 도쿄대학

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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