인간 뇌세포가 쥐의 신경·혈관계와 통합됐다 [뉴스] 네이쳐 지에 9월 16일 자로 출판된 본문 관련 ’News in Focus’ 기사 머리 부분
2026년 9월 16일 자로 인간의 뇌세포가 쥐에게 가장 광범위하게 통합되는 방식으로 이식되었다 는 제목의 뉴스가 네이쳐 잡지의 뉴스 초점(News in Focus) 란에 실렸다. 부제목은 실험실에서 배양된 오가노이드(organoid)가 중요한 부분이 결여된 쥐들의 뇌에 연결되어 약물 실험에 대한 새로운 길을 열었다. 여기서 오가노이드는 인간의 줄기세포를 대뇌피질을 닮도록 분화및 성장시킨 것이다. 본 기사는 이 뉴스와 스탠포드 의학센터의 뉴스, 그리고 관련 유트브 방송을 참고하여 쓴 것이다.
뇌의 핵심적 부분이 결여된 어린 쥐에게 이식된 인간의 뇌 조직은 혈관계에 연결되어 양분과 신호 물질을 공급받아 빈공간를 채우면서 자라고 대뇌피질 아래 간뇌를 통해서 쥐의 뇌신경계에도 연결되었다. 6 개월 후에는 뇌 공간의 3분의1을 차지할 정도로 크게 성장하였다. 이 크기는 오가노이드가 순전히 접시에서만 배양될 때보다 6배 이상 더 크며, 뉴런의 곁가지 방식도 훨씬 더 정교하다고 한다. 미국 스탠포드의대의 ‘세르지우 파스카(Segiu Pasca)’ 교수가 이끄는 팀에 의해 9월 16일 네이쳐에 출판된 연구에 따르면, 이는 인간 뇌세포가 동물 신체에 가장 광범위하게 통합된 것이다. 오가노이드는 외부 신호를 받을 수 있을뿐 아니라 쥐의 신경계를 통해 외부에 신호를 보낼 수도 있을 정도로 이 통합은 강력하다.
이 실험은 실험실 배양 뇌조직의 한계로 인해 신경정신과적 병을 연구하는 연구자들을 오랫동안 좌절시킨 장애를 극복한 실험 전략이다. 수 십년간 신경과학자들은 살아 있는 뇌조직을 연구할 수 없다는 점과 싸워 왔다. 배양 접시에서 줄기세포에서 분화하고 성장한 뉴런들의 덩어리인 뇌오가노이드는 초기 신경발달을 들여다 볼수 있게 하였으나, 순환계뿐 아니라 신호를 주고 받을 몸체도 없었다. 반면, 이 실험에서는 오가노이드가 쥐의 신경계를 비롯한 신체에 통합되었다. 스탠포드 연구팀에 따르면, 이 혼성 동물은 뇌성마비와 같이 비정상적인 뇌발달과 관련된 병을 연구하고 약을 개발하는 ’전례없는‘ 방법을 제시할 것이라고 한다. 이 연구의 궁극적 목적이 어디에 있는지 명확히 알려주는 대목이다.
연구를 이끈 스탠포드 의대의 세르지우 파스카(Sergiu Pasca) 교수.
2024년, 앞선 스탠포드 연구팀은 안티센스 올리고핵산 (antisense oligonucleotides) 이라 불리는 약이 티모디 증후군(Timothy syndrome) , 즉 자폐와 뇌전증과 연관된 심각한 유전적 장애에 얼마나 효과적인지 평가하기 위해 이 쥐를 사용하였다. 여기서 안티센스 란 유전 정보를 갖는 DNA 또는 RNA 서열과 정확히 짝이 맞는 염기 조합을 이른다. 초기 모델에서는 과학자들은 빨리 자라는 쥐의 조직에 인간의 것을 끼워 넣었다. 이 경우엔, 인간의 신경세포 오가노이드가 연결에 관여하기 시작할 무렵 쥐의 뇌세포가 이미 공간을 거의 채운 상태였다. 그래서, 나중 실험에서는 쥐를 유전적으로 조절하여 복잡한 사고와 기억을 담당하는 대뇌피질을 자라게 하지 않아, 쥐의 뇌세포가 자라 빈 공간을 이미 채운 상태에서도 여전히 대뇌피질을 위한 빈자리가 그대로 있었다. 인간의 오가노이드가 성장하는 곳이 바로 그 곳이다.
미국 남가주대학의 발달 신경생물학자인 지오지아 콰그라토(Giorgia Quadrato) 에 따르면, 진정한 혁신은 공간을 (차지하기) 위한 경쟁을 제거하는 것이라고 한다. 경쟁이 없다면, 인간 세포는 쥐의 뇌 빈자리에서 급속히 자란다. 즉, 이식후 2~3개월이면 거의 5배나 자라서 90% 이상의 빈자리를 차지하고 척수 깊이까지 침투한다. 이 때, 인간의 조직은 폰 이코노모(von Economo) 뉴런과 비슷하게 특이한 모양의 뉴런으로 발전한다. 이는 실험실 접시에서는 발현한 적이 없는 것으로서 인간과 고등동물에서 사회적 인지 기능을 담당한다. 바로 이 세포가 특별히 전두엽과 측두엽 손상으로 생기는 치매에 취약하다고 한다.
인간 대뇌피질(cerebral cortex)의 운동 및 감각 기능 부문
앞서 언급한 쥐, 즉 대뇌피질이 없는 쥐에게서 인간 세포는 상실된 기능의 일부를 재생한다. 예를 들어, 오가노이드가 이식된 쥐는 단기 기억을 잘 관리한다. 이 팀은 이번 연구에서 조숙아 쥐에게 인간의 뇌성마비같은 것을 유도하기 위해 낮은 산소 조건에 이 쥐를 노출하였다. 인간 조직을 가진 쥐에게서만 인간의 뇌성마비 환자에게서 보이는 ’신체협응력 결핍(motor coordination deficits) 이 발현하였다. 여기서, 협응력 이란 신경계가 협동으로 몸을 조화롭게 움직이는 능력을 이른다. 티모디 증후군을 가진 오가노이드는 이식 5-6개월후 정상적인 것에 비해 크기도 작고 뉴런의 곁가지도 빈약한 점에서도 이런 결핍을 짐작할 수 있다 .
한편, 대뇌피질이 없이 태어난 쥐는 오가노의 이식이 없이도 생존하고 활동하였고 복잡한 미로찾기를 습득하였다. 영국 에딘버러 대학의 생물윤리학자인 사라 찬(Sarah Chan) 은 동물 키메라가 수십년간 생물의학에 사용되어 왔지만 대중의 걱정은 지적인 인간-동물 혼성체를 만들수 있다는데 있다. 이제, 연구자들은 이러한 이식이 쥐에게 의식을 갖게하는 걱정을 안해도 된다고 한다. 이는 인간의 뉴런과 쥐의 뉴런은 성숙에 필요한 시간이 크게 다르다는 것이다.
키메라라고 할 수 있는 인간-쥐의 혼종은 우리에게 불편함과 윤리적 문제를 초래할 수 있지만, 이 연구에서는 신중을 기하고 있다고 한다. 예를 들어, 연구는 독립적인 생물윤리학자들의 강력한 감독을 거친다. 영국 캐임브리지대학의 신경생물학자인 매드라인 란캐스터(Madline Lancaster) 에 따르면, 태어난지 2 ~ 3일이 되어 뇌의 핵심적 연결이 이루어진 새끼 쥐에게 인간 오가노이드를 도입하므로 인간의 세포는 복잡한 사고를 담당할 수 없다. 스탠포드 연구팀은 행동검사 결과에 비추어 인간 조직으로 인해 쥐의 지능이 향상되는 일은 발생하지 않았다고 거듭 확인한다. 이 실험의 목적은 초지능을 가진 쥐를 만드는게 아니라, 인간의 신경생물학과 신경질환을 이해하기 위함이라고 하는 것이다.
정상적인 피라미드 뉴런과 ’폰 이코노모‘ 신경 세포의 비교, 그림에서 세포의 곁가지를 볼 수 있다.
그러나 혼종의 대뇌피질이 더 복잡해지거나 영장류처럼 인간 세포와 혼종시 키메라의 발달 시간이 엇비슷해지면 문제가 심각해질 수 있다. 예를 들어, 의식에 대한 생물학적 근거는 잘 이해되지 않고 있다. 따라서, 찬 은 혼성 뇌가 인간과 비슷한 의식을 가지고 있더라도 이를 알아내기 어려울 것이고, 이는 심각한 윤리적 문제를 초래할 수 있다고 한다. 그래서, 란캐스터 는 이런 점을 세심히 고려하여 인간 오가노이드 이식이 꼭 필요한지 확실한 근거가 필요하다고 강조한다.
파스카에 따르면, 지금까지의 약물 치료가 효과가 없는 뇌질환에 대한 약을 찾는 것이라면 연구의 가치가 있을 것이라 한다. 인간이 항상 선의를 갖고 키메라를 만든다고 할 수 없으니, 파스카의 지적이 너무 순진하지 않은지 걱정이 든다. 인간 혼종의 문제에 대해서는 보다 강력한 연구윤리가 필요하지 않겠는가?
참고문헌
1. 본문 관련 네이쳐 News in Focus” 기사: Human brain cells transplanted into mice in ‘most extensive’ integration ever”
https://www.nature.com/articles/d41586-026-02912-8
2. 본문 관련 유트브 방송
https://www.youtube.com/watch?v=UjT7etEe3As&t=7s
3. ’스탠포드 의학’ 뉴스센터
https://med.stanford.edu/news/all-news/2022/10/human-rat-brain-neuron.html강홍석 시민기자 jjhskang@gmail.com
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