인간 신경세포 이식으로 손상된 뇌 회복 가능할까?

1. 연구의 목적

신생아 저산소-허혈성 뇌병증(Hypoxic-Ischaemic Encephalopathy, HIE)은 신생아 사망과 영구적인 신경 손상의 주요 원인 중 하나입니다. 특히, 기저핵(basal ganglia)이 가장 심각하게 손상되는 경우가 많아요. 현재까지 줄기세포 치료법이 뇌 질환 치료에 대한 가능성을 보여주었지만, 이식된 줄기세포가 실제로 뇌 회로를 재구성하고 기능을 회복시킬 수 있는지에 대한 명확한 증거는 부족했어요.

이번 연구에서는 인간 배아줄기세포 유래 선조체 신경 전구세포(hESC-derived striatal neural progenitors)를 손상된 뇌에 이식했을 때, 신경세포가 생착하여 정상적인 뇌 회로를 회복시킬 수 있는지를 확인하는 것이 핵심 목표였습니다.

 

2. 연구의 주요 내용

연구팀은 HIE 모델 마우스를 만들어 실험을 진행했어요. 이 마우스들은 신생아기에 산소 부족과 혈류 감소로 인해 뇌 손상이 유도된 상태였어요. 이후, 손상된 기저핵 부위에 인간 배아줄기세포 유래 신경 전구세포를 이식했어요. 그리고 다음과 같은 결과를 얻었어요.

1) 신경세포가 생착하여 성숙한 신경세포로 분화

이식된 세포는 시간이 지나면서 GABA 신경전달물질을 분비하는 가시 투사 신경세포(spiny projection neurons)로 분화했어요. 이 신경세포들은 기저핵의 주요 회로를 형성하는 데 중요한 역할을 합니다.

2) 손상된 뇌 부위 재구성

• 이식된 세포들은 점차 성숙하면서 손상된 뇌 조직을 복구하는 모습을 보였어요.
• 뇌 조직 손실 면적이 줄어들었고, 신경세포의 생존율이 높아졌어요.

3) 이식된 세포가 신경회로를 재구성

• 신경세포는 기저핵의 주요 표적 부위(외측 창백핵, 내측 창백핵, 흑질)에 축삭을 보내며 연결을 형성했어요.
• 이 과정에서 시냅스를 형성하며, 기능적으로 다른 뇌세포들과 연결되었습니다.
• 광유전학(optogenetics)과 전기생리학적 분석을 통해, 이식된 신경세포가 실제로 신호를 주고받으며 정상적인 신경활동을 회복했다는 점을 확인했어요.

4) 운동 기능 회복

• HIE 마우스들은 뇌 손상으로 인해 심각한 운동 장애를 겪어요.
• 하지만 줄기세포 이식을 받은 마우스들은 운동 기능이 상당 부분 회복되었어요.
• 반면, 척수 신경세포를 이식한 대조군에서는 같은 효과가 나타나지 않았어요.

3. 기존 연구와 비교했을 때 추가된 내용

이 연구의 가장 중요한 기여는 손상된 신생아의 뇌에서 실제로 신경 회로가 복구될 수 있음을 최초로 증명했다는 점이에요.

1. 기존 연구에서는 줄기세포가 신경 보호 효과를 제공할 수 있다는 점은 확인되었지만, 실제로 손상된 신경회로를 재구성할 수 있는지는 명확하지 않았어요.
2. 하지만 이번 연구를 통해 이식된 신경세포가 손상된 신경회로와 연결을 맺고, 기능적으로 회복할 수 있다는 점을 실험적으로 입증했어요.
3. 또한, 신경세포 이식이 실제 운동 기능 회복에도 기여할 수 있음을 증명했어요.

즉, 이번 연구는 줄기세포 이식이 단순한 보조적 역할을 넘어, 손상된 뇌 회로 자체를 재구성할 수 있다는 강력한 근거를 제공한 것이죠.

 

4. 정리

이번 연구는 배아줄기세포에서 유래한 신경세포를 이용해, 신생아 저산소-허혈성 뇌병증(HIE)으로 손상된 뇌를 복구할 수 있는 가능성을 보여주었어요.

✅ 이식된 신경세포가 정상적인 GABA 신경세포로 분화했습니다.
✅ 손상된 기저핵 부위에서 신경세포가 생착하여 뇌 조직 손실을 줄였습니다.
✅ 이식된 신경세포는 신경회로를 재구성하고, 기능적으로 연결되었습니다.
✅ 실제로 운동 기능이 회복되는 효과를 확인했습니다.

이번 연구는 HIE를 포함한 다양한 뇌 손상 치료에 줄기세포 이식이 효과적인 해결책이 될 가능성을 제시한 중요한 연구라고 할 수 있어요. 향후 임상 연구가 진행된다면, 뇌 손상으로 인한 신경 장애를 극복할 새로운 치료법이 될 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

 

원문출처 : https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9924911/