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Hacker News • 9일 전

인간-생쥐 혼합 뇌 개발 성공

IMP
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핵심 요약

미국 스탠퍼드대 신경과학자들이 인간 뇌 조직(오가노이드)을 생쥐 뇌에 이식해 기능하도록 하는 데 성공했습니다. 간질, 자폐증, 뇌성마비 등 인간에게만 발생하는 뇌 질환 연구와 치료제 개발에 획기적 전기가 될 수 있습니다.

번역된 본문

과학적 돌파구로 인간과 생쥐가 혼합된 뇌 개발

미국의 신경과학자들이 생쥐의 뇌 안에서 기능하는 인간 세포를 갖도록 생쥐를 성공적으로 개조했습니다. 연구진은 인간에게만 발생하는 정신질환 및 신경발달 질환의 잠재적 치료법을 이제 실험용 설치류에서 시험할 수 있기를 희망하고 있습니다.

부분적으로 인간인 뇌를 가진 생쥐는 카프카적인 실험처럼 들릴 수 있지만, 과학자들은 이들이 '인간처럼 사고하는 생쥐'가 아니라고 밝혔습니다. 이 동물들은 유전자 조작 및 수술적 변형을 통해 일부 뇌 조직이 인간 것이 되도록 만들어진 것입니다.

과학자들은 학술지 '네이처(Nature)'에 발표된 이 연구가 독립적인 윤리적 감독 하에 수행되었다고 말했습니다. 이 윤적으로 복잡한 돌파구의 목표는 현재 효과적인 치료법이 없는 뇌 질환의 생물학을 더 잘 이해하는 것이었습니다. 설치류는 인간처럼 일부 뇌 질환에 걸리지 않기 때문에 특정 질환은 생쥐에서 연구할 수 없습니다.

수석 연구자인 스탠퍼드대 세르지우 파스카(Sergiu Pașca) 교수는 기자회견에서 정신의학은 '임상시험 성공률이 가장 낮은 분야 중 하나'라고 설명했습니다. 그는 '동물 모델에서 매우 잘 작동하는 것처럼 보이는 약물도 실제 임상에서 극적으로 실패한다'며, '이는 인간 생물학에 대한 정보를 많이 놓치고 있다는 것을 말하며, 이를 파악하는 것이 필수적'이라고 말했습니다.

스탠퍼드 연구진은 간질, 자폐증, 뇌성마비 등 일부 복잡한 질환에 대해 이 연구가 '혁신적(transformationive)'일 잠재력이 있다고 밝혔습니다. 파스카 교수는 '이제 우리는 인간 뇌 기능의 측면을 이전에는 불가능했던 방식으로 실제로 포착할 수 있는 새로운 모델을 갖게 되었다'고 말했습니다.

'회백질'이 없는 생쥐

인간의 뇌는 수십억 개의 세포로 구성되어 수백만 개의 회로로 상호 연결되어 있어, 그 발달 과정과 문제가 생겼을 때 세포 수준에서 정확히 무슨 일이 일어나는지 이해하기 어렵습니다.

이 연구가 인간 뉴런을 실험용 설치류에 이식한 첫 사례는 아니지만, 이 과학자들은 그 접근법을 새로운 수준으로 끌어올렸습니다. 먼저, 연구진은 생쥐가 자신의 대뇌피질(뇌의 외부 층으로 '회백질'이라고 불리며, 고차원적 사고, 기억, 감각을 담당)을 거의 발달시키지 않도록 유전자 조작을 했습니다. 그런 다음 인간의 피부 세포를 채취해 '재프로그래밍'하여 뇌와 유사한 조직 조각으로 자라게 했습니다. 이러한 구조를 오가노이드(장기유사체)라고 하는데, 접시에서 키운 완전한 뇌가 아니라 연결된 살아있는 세포들의 집합체입니다.

이 오가노이드를 생쥐의 뇌에 이식하자 세포들이 분열하고 동물의 기존 뇌 회로 속으로 스스로 조직화되어 생쥐 뇌의 나머지 부분 및 척수와 연결되었습니다. 이식된 생쥐의 대뇌피질은 완벽하지 않았습니다. 정상적인 피질은 조직화되고 구조화된 층을 형성하는데, 신경과학자 일라리 알로디(Ilary Allodi) 박사의 표현처럼 이 인간-생쥐 뇌의 스캔은 '약간 지저분해' 보였습니다. 그러나 몇 달 후 인간 세포들은 생쥐 뇌의 외부 층처럼 보이고 기능하기 시작했습니다.

수술 약 6개월 후, 과학자들은 생쥐들을 작은 테이블 위 공간에서 움직이는 것을 관찰하는 기본 행동 테스트를 실시했습니다. 파스카 교수는 생쥐들이 '대체로 (정상) 생쥐와 같이' 행동했다고 말했습니다. 그는 '어떠한 향상된 능력도 없다'고 덧붙였습니다.

이 연구에 관여하지 않은 에든버러대 생명윤리학자 사라 찬(Sarah Chan) 박사는 BBC에 '인간처럼 사고할 수 있는 생쥐나 생쥐 몸 안의 인간 뇌가 만들어지고 있다는 징후는 없다'고 말했습니다. 하지만 이 연구는 '동물의 인지를 변경하기 시작할 때 그것이 무엇을 의미하는지 생각하게 만든다'며, '그것이 어떤 것인지 우리가 어떻게 알 수 있을까'라고 지적했습니다.

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Part-human part-mouse brain developed in science breakthrough 15 hours ago Share Save Add as preferred on Google Victoria Gill , Science correspondent and Kate Stephens , Senior science journalist Neuroscientists in the US have successfully adapted mice to have functioning human cells inside their own brains. The researchers hope that potential treatments for psychiatric and neurodevelopmental diseases that only occur in humans could now be tested on the laboratory rodents. While mice with brains that are partly human might sound like a Kafkaesque experiment, the scientists said these are not "mice that think like humans". The animals are genetically engineered - and surgically altered - so that some of their brain tissue is human. The scientists said their work, published in the journal Nature , was carried out with independent ethical scrutiny. The aim of this ethically complicated breakthrough was to better understand the biology of brain disorders for which there are currently no effective treatments. Some conditions cannot be studied in a mouse, simply because rodents do not develop some of the brain disorders that we do. As lead researcher Prof Sergiu Pașca from Stanford University explained in a press conference, psychiatry has "one of the lowest success rates for clinical trials". "Even drugs that actually make it to clinical trial - that seem to be working really well in animal models - fail dramatically in clinic," he said in a press conference. "That tells us we're missing a lot of information about human biology and capturing that will be essential." The Stanford researchers said that, for some complex conditions, including epilepsy, autism and cerebral palsy, it has the potential to be "transformative". Pașca said: "Here we have a new model that allows us to actually capture aspects of human brain function in a way that has not been possible before." Mice without their 'grey matter' The human brain is made up of billions of cells, interconnected in millions of circuits, making it difficult to understand its development and what exactly is happening – at the cellular level - when things go wrong. While this research is not the first time human neurons have been implanted in laboratory rodents , these scientists took that approach to a new level. First, they genetically-engineered mice to develop almost none of their own cerebral cortex – that is the outer layer of the brain sometimes referred to as "grey matter". It handles higher-level thinking, memory and senses. The researchers then used skin cells taken from humans and "reprogrammed" them, so they grew into pieces of brain-like tissue. These are structures called organoids – they are not whole brains grown in dishes, more collections of connected, living cells. When these organoids were implanted into the mouse brain the cells divided and organised themselves into the animal's existing brain circuitry, connecting with the rest of the mouse's brain and spinal cord. The cortex of the implanted mice is not perfect - normal cortex forms organised, structured layers. And as neuroscientist Dr Ilary Allodi put it, scans of these human-mouse brains look "a bit messy". After a few months though, the human cells started to look and function like the outer layer of the mouse's brain. About six months after the surgery, scientists put the mice through some basic behavioural tests - observing them as they moved around a small table-top arena. Pașca said they performed "largely as [the normal] mice did". "They don't have any enhancement," he added. Dr Sarah Chan, a reader in bioethics at the University of Edinburgh who was not involved in this research, told BBC News there was "no indication that what's being created here are mice that can think like humans, or a human brain in a mouse body." But she said the study "prompts us to think about what it might mean when we start changing animal cognition". "How can we know what it's like to be one of these mice? And how do we take account of that in the ways that we treat laboratory animals," she added. 'A human program in a mouse environment' Dr Ilary Allodi, a neuroscientist from St Andrews University, who was not involved in the research, said the work the scientists had done was "very impressive". In particular, Allodi pointed to the fact that cell types that are found only in human and other primate brains - not in the brains of mice – spontaneously formed in the implanted mice. "You're keeping the human program inside the mouse environment – like the mouse is an incubator," she told BBC News. These mice, which the researchers said are engineered and reared under strict ethical and welfare guidelines, will most likely be used in a small number of labs for studies of a few, very specific brain disorders. Prof James Ainge, a neuroscientist who is also at St Andrews University, pointed out that while the development was technically very impressive, these mice could be "of limited use". This, he said, was partly due to the "ethical issues of raising living human brain tissue in a mouse and what that would mean for the experience of the animal". Neuroscientists who study the human brain, Allodi pointed out, all struggle with the same limitations. "We try to understand human disease, and what we have is mice, cells that live on a plate, and neural networks on a computer. "So this is a new avenue." Brain Neuroscience Science & Environment