바이오인

 

3차원 기술이 인간 신경세포들의 뇌 이식을 촉진
- 파킨슨씨병과 다른 퇴행성 질환들을 도울 가능성을 향상

 

【그림설명】 인간 신경세포들(적색)이 신경가지들을 3차원 골격에 걸쳐 확장
* 제공 : Rutgers 대학교 Prabhas Moghe

 

□ 국립보건원 지원 과학자들이 줄기세포들의 신경세포로의 리프로그래밍을 촉진하고 전기적 신호를 전파하는 능력이 있는 신경세포의 결합을 증가시키는 것을 지원하는 3D 마이크로 골격 기술을 개발

  ㅇ 개별 세포들을 주입하는 것에 비하여 기능적인 인간 신경 세포들의 이들 네트워크의 주입은 생쥐 두뇌들에의 이식 후 생존을 현저하게 개선

  ㅇ 이는 신경세포들의 이식을 광범위한 인간의 신경퇴행성 질환의 실행가능한 치료로 만들 수 있는 유망한 새로운 플랫폼

 

□ 이전에 파킨슨씨 병 등 신경퇴행성 질환을 치료하기 위한 신경세포들의 이식은 개별세포들 용액으로 주사된 신경세포들의 저조한 생존 때문에 매우 제한적으로 성공

  ㅇ 새로운 연구는 美 국립보건원 산하 국립 바이오메디컬 이미징 및 바이오엔지니어링 연구소에서 지원

 

□ NIBIB 조직공학 및 재생의학 프로그램 책임자인 Rosemarie Hunziker 박사는 줄기세포 생물학자와 바이오소재 전문가들이 함께 두뇌 조직으로의 이식 및 접목이라는 벅찬 여행을 통해 신경세포들을 운반 가능한 시스템을 개발하였다고 언급

  ㅇ 이 흥미로운 작업은 다양한 분야의 전문가들의 밀접한 협력을 통해 가능해졌다고 강조

 

□ 이 연구는 아래의 연구진들에 의해 수행

  ㅇ Rutgers 대학 바이오메디컬 엔지니어링과 신경과학 및 세포생물학과, 화학 및 생화학 공학과 및 아동 건강 연구소와

  ㅇ 스탠포드 대학교 의과대학의 줄기세포 생물학 및 재생의학 연구소,

  ㅇ 뉴저지 인간 유전학 연구소 및 뉴저지 바이오소재 센터의 연구자들에 의해 수행

  ㅇ 결과는 3월 17일자 Nature Communications에 보고

 

【그림설명】 3차원 골격 위의 인간 신경세포들은 전기적 전류에 반응하여 점화되는 활성을 보임
    * 제공 : Prabhas Moghe, Rutgers

 

□ 연구자들은 다양한 두께와 밀도의 다른 여러 종류의 중합체 가닥들로 만들어진 골격을 만드는 실험을 수행

  ㅇ 그들은 궁극적으로 줄기세포가 성공적으로 부착되는 중합체를 사용하여 상대적으로 두꺼운 가닥으로 그물을 제조

  ㅇ 사용된 줄기세포들은 사람의 유도된 다능성 줄기세포(iPSCs)로 이들은 피부세포와 같은 성인 세포 종류로부터 즉시 만들어지는 것이 가능

  ㅇ iPSCs는 NeuroD1 단백질을 세포 내에 도입함에 따라 신경세포들로 분화가 유도됨

 

□ 중합체 가닥들 간의 공간은 매우 중요한 것으로 판명

  ㅇ 이 논문의 책임공저자이며 Rutgers 대학의 바이오엔지니어링 및 화학공학 교수인 Prabhas Moghe 박사는 만약 골격들이 너무 밀집되어 있으면 줄기세포로부터 유도된 신경세포들이 골격내로 흡수되지 못하며 반대로 만약 이들이 너무 성기면 네트워크 구조가 너무 약한 경향이 있다고 설명

  ㅇ 최적의 크기는 세포들이 골격 내에 살기에는 충분히 크면서 분화하는 신경세포들이 그들 이웃들의 존재를 감지하고 세포 대 세포의 접촉을 일으키는 가지를 만들어 내도록 충분히 작아야 한다고 강조

  ㅇ 이 접촉은 세포의 생존 및 발달 중인 신경네트워크에 걸쳐 전기 신호를 전달할 수 있는 기능성 신경세포의 발달을 촉진한다고 언급

 

□ 이식했을 때 신경세포가 뿌려진 골격들의 생존능력을 시험하기 위해 연구자들은 표준 피하주사 바늘을 이용하여 생쥐 두뇌 조직으로 주사하기에 적합하도록 충분히 작은 마이크로 골격들을 제작

  ㅇ 그들은 사람 신경세포들을 운반하는 골격들을 생쥐의 두뇌 박편들에 주사하고 이를 개별적으로 분리된 상태로 주사된 사람 신경세포들과 비교

□ 골격들 위의 신경세포들은 개별 세포 현탁액에 비하여 세포 생존이 극적으로 증가

  ㅇ 골격구조는 또한 신경세포 가지 성장 및 전기적 활성도 촉진

  ㅇ 현탁액 내에서 개별적으로 주사된 신경세포들은 이식 과정에서 거의 생존에 실패

 

□ 용액 내 신경세포와 비교하여 골격구조 상의 사람 신경세포를 살아있는 생쥐의 두뇌로 주사하고 시험

  ㅇ 두뇌 박편에서의 결과와 유사하게 개별 세포들을 주사한 경우와 비교할 때 골격구조 네트워크 위의 신경세포들의 생존 비율은 거의 40배 증가

  ㅇ 가장 중요한 발견은 마이크로 골격구조 위의 신경세포들은 신경 시냅스의 성장과 성숙에 관련된 단백질들을 발현한다는 것으로 이는 이식한 신경세포들이 두뇌 조직으로 기능적으로 통합될 수 있다는 것을 나타내는 좋은 징조

 

□ 동 연구의 성공은 이 학제적 연구팀에게 그들의 전문분야의 결합이 인간 신경퇴행성 질환들의 궁극적인 치료를 위해 보다 유망한 시스템을 만들어냈다고 믿을 이유를 제공

  ㅇ 사실 그들은 지금 파킨슨씨 병의 궁극적인 이식 치료법이라는 특정한 사용을 위해 그들의 시스템을 개량 중

  ㅇ 파킨슨씨 병에 걸린 환자들에게서 퇴행되는 도파민을 생산하는 특정한 신경세포 종류로 줄기세포를 분화시키는 방법을 개발할 계획

  ㅇ 또한 이 작업에는 도파민을 생산하는 신경세포들의 생존과 기능을 최적화하기 위한 골격구조 물질, 동력학 및 크기의 미세조정과 이런 파킨슨씨 병 특이적 치료법을 시험하기 위한 최적의 생쥐 질환모델 발견 등도 포함될 예정

 

□ 국립보건원은 이 연구를 다음과 같은 연구비들로 지원

  ㅇ NIBIB로부터는 EB001046과 EB005583

  ㅇ 국립 신경질환 및 뇌졸중 연구소의 NS051401

  ㅇ 국립 알코올 남용 및 알코올 중독 연구소의 AA024033 및 AA023797

  ㅇ 국립 약물남용 연구소의 DA035594 및 DA03968

 

 

 

ㅇ 국립 바이오메디컬 이미징 및 바이오엔지니어링 연구소(NIBIB)
 - 의과학 기술들의 개발을 선도하고 응용을 촉진함으로써 건강을 향상시키는 미션을 수행
 - 기초 연구 및 의료를 진전시키기 위해 물리 및 생명과학을 공학과 통합하고자 노력
 - 신생기술 연구 및 개발을 위해 내부 연구, 외부 연구비 지원, 협력연구 및 훈련지원 등을 수행
 - 보다 자세한 정보는 NIBIB 웹싸이트(http://www.nibib.nih.gov)를 참조

ㅇ 미 국립보건원에 대하여 : 미 국립보건원은 국가에서 설립한 의료 연구기관으로 27개 연구소와 센터로 구성
 - 기초, 임상 및 중개 의료 연구를 지원하는 주요 연방기관이며 질환들의 원인, 대처 및 치료를 연구
 - 보다 많은 정보가 필요한 경우 www.nih.gov 방문 요망
 

 

* 출처 : 보도자료(2016년 3월 17일)
   (http://www.nih.gov/news-events/3-d-technology-enriches-human-nerve-cells-transplant-brain)

 

..................(계속)

 

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