새로운 뇌 모델·센서·영상 도구, 신약 개발 속도 높인다

세 개의 서로 다른 연구팀이 뇌 질환 연구와 잠재적 치료제 개발을 가속화할 새로운 기술들을 공개했다. 이번 성과에는 알츠하이머 병리를 재현하는 3D 인간 뇌 조직 모델, 전례 없는 속도로 혈액-뇌 장벽을 시각화하는 레이저 기반 영상 기법, 그리고 미니어처 뇌 오가노이드의 신경 활동을 포착하는 유연한 센서가 포함된다.

LMU 대학병원 신경과학자들은 Nature Neuroscience에 발표된 연구에서 재현 가능한 3차원 인간 뇌 조직 모델을 개발했다. 이 시스템은 인간 줄기세포를 신경세포, 성상교세포, 미세아교세포로 전환시키며, 이 세포들은 일주일 내에 자발적으로 구형체(spheroid)로 자기 조직화된다. 이 모델은 알츠하이머병과 관련된 유전자와 단백질을 활발히 발현하며, 연구진은 아밀로이드 응집체의 형성을 유도하고 신약으로 이를 용해시키는 데 성공했다. 연구팀은 이 시스템이 신약 개발을 가속화하는 데 도움이 될 수 있다고 말하며, 대규모 약물 시험을 위해 수백~수천 개의 질환 모델 조직을 제조할 수 있는 로봇 자동화를 연구 중이다.

별도로, MIT 연구진은 Nature Methods에서 혼돈 상태의 레이저 광선이 특정 조건에서 고도로 집속된 '펜슬 빔(pencil beam)'을 자연적으로 형성할 수 있다고 보고했다. 이 빔을 사용하면 현재 최고 표준 기법보다 약 25배 빠른 속도로 인간 혈액-뇌 장벽의 3D 영상을 얻을 수 있으며, 이미지 품질은 비슷하게 유지된다. 이 방법은 또한 개별 세포가 약물을 흡수하는 과정을 실시간으로 관찰할 수 있게 한다. 복잡한 광학 엔지니어링 없이 완벽하게 정렬된 레이저 입사와 높은 출력만 있으면 된다. 이번 성과는 알츠하이머나 ALS 같은 질환의 치료제가 실제로 뇌의 표적에 도달하는지 평가하는 데 도움이 될 수 있다.

채플힐 노스캐롤라이나 대학교 연구팀은 뇌 오가노이드를 감싸는 3D 센서를 제작했다. 평평한 2D 전극 어레이와 달리, 이 센서는 오가노이드를 손상시키거나 화학적 접착제를 사용하지 않고 모든 방향에서 신경 신호를 포착한다. 이를 통해 반복 사용이 가능하며 준비 시간이 7일에서 10~20분으로 단축된다. 특허를 출원한 연구진은 이 센서를 더 빠른 약물 스크리닝과 맞춤형 의료를 위한 상용 제품으로 구상하고 있으며, 광유전학(optogenetics)과 미세유체 약물 적용 기능을 통합할 가능성도 제시했다.