인도 과학자들, 세계에서 가장 상세한 인간 뇌간 3D 지도 완성
인도 마드라스 공과대학(IIT-M) 연구진이 MRI 전체 스캔부터 단일 신경 세포까지 끊김 없이 확대해 볼 수 있는 세계 최고 수준의 인간 뇌간 3D 세포 지도(Anchor)를 구축했습니다. 이 연구는 뇌 전체를 보여주는 의료 영상(MRI)과 개별 세포를 관찰하는 현미경 조직 병리학 분야를 성공적으로 통합하여 뇌 연구의 지각변동을 일으켰다는 점에서 매우 중요합니다. 해당 3D 지도는 전 세계 연구자와 의료진을 위해 온라인에 무료로 공개되어 향후 뇌질환 진단 및 신경외手术의 정확도를 크게 높일 것으로 기대됩니다.
인도 과학자들이 뇌의 마지막 미개척지를 지도로 만드는 방법 (1일 전 공유 및 저장)
소우틱 비스와스(Soutik Biswas) 인도 통신원
지난 1세기 동안 신경과학자들은 초기 지도 제작자들이 미지의 영토를 지도로 만들었던 것과 거의 같은 방식으로 인간의 뇌를 연구해 왔다. 즉, 흩어진 관찰 결과들을 모아 방대한 풍경을 조립하는 식이었다. 오늘날에도 알츠하이머병과 같은 질환을 진단하는 병리학자들은 약 860억 개의 신경 세포를 포함한 장기에서 극소수의 조직 샘플만을 검사하는 것이 일반적이다. 뇌의 많은 부분이 여전히 미지의 영역으로 남아있는 것이다.
이것이 인도 마드라스 공과대학(IIT-M) 소속 수다 고팔라크리슈난 뇌 센터(SGBC)의 과학자들이 신경과학에서 가장 큰 공백 중 하나를 채우는 중요한 발걸음을 내디뎠다고 믿는 이유다. 그들은 세포 수준의 해상도를 갖춘 '세계에서 가장 상세한 인간 뇌간 3D 지도'를 제작했다고 밝혔다. 이 디지털 지도는 과학자들이 전체 뇌의 MRI 스캔으로부터 개별 신경 세포까지 끊김 없이 이동할 수 있게 해준다.
'Anchor(인간 뇌간의 신경화학적 특성 분석 및 3D 재구성 지도)'라고 명명된 이 프로젝트는 태아, 소아 및 성인의 뇌에서 채취한 500개 이상의 조직 절편을 결합하여 만들어졌다. 고비용의 분자 기술 대신 고해상도 현미경 이미지를 기반으로 구축된 이 지도는 뇌간의 상세한 3D 지도를 생성하며, 200개 이상의 뇌 세포 및 신경 경로 클러스터를 식별해 낸다. 8가지 화학적 마커(chemical markers)가 다양한 세포 유형을 구별하는 데 도움을 주어, 뇌에서 매우 중요하지만 제대로 이해되지 않았던 이 부위에 대한 지금까지 중 가장 선명한 그림을 제공한다.
뇌간은 뇌의 아주 작은 부분만을 차지하지만, 사람을 살아있게 유지하는 역할을 한다. 뇌간은 뇌를 척수와 연결하고 호흡, 심장 박동, 수면, 각성 및 운동을 조절한다. 여기에 있는 작은 세포 군집이 손상되면 재앙이 될 수 있지만, 이 영역의 조밀한 구조로 인해 세부적인 지도를 만드는 노력은 오랫동안 좌절되어 왔다.
Anchor의 중요성은 단순히 또 하나의 해부학적 지도를 제작했다는 데 있지 않다. 이는 주로 분리되어 있던 두 세계, 즉 뇌를 전체적으로 보여주는 '의료 영상(MRI)'과 한 번에 하나의 세포를 드러내는 '세포 병리학'을 연결한다는 점에 있다.
인도 타타 기초 연구소(Tata Institute of Fundamental Research)의 신경과학자인 슈바 톨레(Shubha Tole)는 이 프로젝트를 공학, 신경과학, 의학의 "전례 없는 통합"이라고 묘사하며, "이 비전 있는 프로그램은 인도를 국제 무대에 올려놓았다"고 말한다.
의사들은 일반적으로 부검 시 전체 뇌를 검사하거나 신경외과 수술 중 제거된 조직을 검사하는 것으로 시작한다. 성인의 뇌는 약 1.2~1.5kg의 무게가 나가며, 현미경 검사가 시작되기 전에 뇌의 주름과 주요 구조만으로도 중요한 단서를 드러낼 수 있다.
하버드 의과대학(Harvard Medical School) 및 뉴욕 대학교(New York University) 소속으로 SGBC 팀과 협업한 병리학자 레베카 폴커스(Rebecca Folkerth)는 "신경병리학자로서 저는 현미경으로 작은 조각을 관찰하기 전에 육안으로 전체 뇌를 먼저 검사하는 것으로 시작합니다. 알츠하이머병의 경우 우리는 전체 장기의 1%도 채 되지 않는 15~20개의 단면만 검사할 수도 있습니다."라고 말한다. 이는 1세기 전 스페인의 신경과학자 산티아고 라몬 이 카할(Santiago Ramón y Cajal)의 선구적인 연구 이래로 이어져 온 관행이다.
현대 MRI는 전체 뇌를 드러내지만 세포 수준의 세부 사항은 부족하고, 현미경은 개별 세포를 드러내지만 분리된 얇은 단편에서만 볼 수 있다. 30년 넘게 수천 개의 뇌를 검사해 온 폴커스는 BBC에 "인도 센터가 만든 것은 본질적으로 제 경력 초기에 꿈꿨던 것, 즉 뇌 스캔이 뇌의 현미경적 해부학과 일치하는 것입니다."라고 말했다.
Anchor는 그 간극을 좁히려고 시도한다. 사용자는 MRI에서 볼 수 있는 전체 뇌간에서 정확한 공간적 관계를 유지하면서 개별 신경 세포(뉴런) 수준까지 확대할 수 있다. 연구진은 이 지도가 전 세계 신경과학자, 신경과 전문의 및 신경외과 의사들을 위한 참고 도구가 되기를 바라며 온라인에 무료로 공개했다. 이 지도의 응용 분야는 해부학을 훨씬 넘어, 건강을 비교 분석하는 [등 다방면으로 확장될 수 있을 것이다.]