생명/의료

중난대학, 새 이롱 유전자 발견

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최근 중난대학 샹야(湘雅)병원 펑융(馮永) 연구팀은 중국 첫 자체적 인간 이롱(deafen) 유전자 GJB3 복제 작업에 참여한데 이어 두 번째로 새 이롱 유전자—ABCC1을 발견했다. 또한 최초로 내이(internal ear) “유출 단백질 기능장애”가 이롱을 초래할 수 있다는 결론을 내렸다. 이는 유전성 이롱 발병 메커니즘 연구에 새 방향을 제시할 전망이다. 해당 성과는 "Medical Genetics"에 온라인으로 게재되었다. 이롱은 흔히 볼 수 있는 감각장애이다. 노령화, 유전, 환경요인 등은 모두 이롱의 발생 및 진행과 직접적으로 관련된다. 그중 유전 요인 연구가 학계의 중시를 받고 있다. 단일 유전자 변이로 인한 이롱 메커니즘 규명은 유전성 이롱 환자에 대한 조기경보 발령 및 새 치료방법 개발에 도움이 된다. 연구팀은 유전성 이롱의 유전자 진단 및 분자 메커니즘 연구를 오랫동안 진행했으며 선후 2,000여 개 이롱 체계를 수집했고 20여 종 이롱 유전자의 새 발병성 변이를 감정했다. 연구팀은 생쥐 내이 혈관줄무늬 및 와축청신경 등 구조에서 ABCC1 유전자의 발현을 연구한 끝에 해당 유전자가 일부 내이 물질 유출 관여를 통해 혈-내이 격막(Blood-Labyrinth Barrier) 및 내이 미로환경 안정상태 유지에서 중요한 역할을 발휘함을 규명했다. 해당 연구는 ABCC1이 새 이롱 유전자이며 또한 내이에서 유출기능을 수행하는 이런 종류의 단백질이 이롱을 초래할 수 있음을 제안함으로써 유전성 이롱의 유전자풀을 풍부히 했다.

허페이지능기계연구소, “극미량” 혈액으로 인체 중금속 함량 검출 가능한 기술 개발

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최근 중국과학원 허페이지능기계연구소 황싱지우(黃行九) 연구팀은 약 10μL 혈액만으로 혈중 중금속 이온 함량을 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 기술을 개발해 검사에 필요한 혈액량을 기존 기술의 200분의 1로 감소했다. 이는 환자의 고통을 줄이고 검사의 선택성 및 정확성을 높이는데 중요한 의미가 있다. 해당 성과는 "Small"에 게재되었다. 생화학 지표의 정상 여부를 나타내는 혈액검사는 인체건강검진에 중요한 의미가 있지만 일반적으로 적지 않은 량의 혈액표본을 채취해야 한다. 혈중 중금속 이온 검사를 예로 들어 기존의 원자흡수법은 적어도 2ml 혈액을 필요로 하며 조작이 복잡하고 원가가 높다. 연구팀은 전계효과 트랜지스터 칩 기술을 혁신적으로 응용해 신형 칩을 설계했다. 또한 시뮬레이션 기술 및 관련 이론으로 칩 트렌치 재료의 다양한 “조립배열 방향”과 성능의 관계를 정밀하게 분석함과 아울러 해당 칩에 분자탐침을 탑재시켜 최종적으로 “초민감” 검출을 구현했다. 실험 결과, 해당 칩으로 혈중 수은 이온 함량 검사시 최소 검출가능 수준은 10nmol/L에 달했고 응답속도는 1초 미만이었다. 해당 기술은 약 10μL 혈액만으로도 혈중 수은 이온 함량의 기준초과 여부를 신속하게 검사할 수 있고 이에 필요한 혈액량은 기존 기술의 200분의 1이다. 해당 신기술을 미세전자기계시스템 등 기술과 결합시켜 혈중 다양한 생화학 지표 검사칩을 구축할 수 있기에 광범위한 응용전망이 있다. 동 기술은 혈액검사뿐만 아니라 기타 유형의 생물학적 검사 및 식품검사 등에도 응용 가능하다.

인간 초기 배아발달 히스톤 재프로그래밍 규칙 발견

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최근, 정저우(鄭州)대학 제1부속병원 쑨잉푸(孫瑩璞)/쉬자웨이(徐家偉) 연구팀, 칭화(清華)대학 생명과학학원 제웨이(頡偉) 연구팀은 공동으로 인간 초기 배아발달 히스톤 수식 재프로그래밍 규칙을 규명했고 인간 초기 배아발달 염색질의 독특한 모본으로부터 접합자 에피지놈(Epigenome)으로의 전환 형식을 발견함과 아울러 "에피지놈 재구동" 모델을 제안했다. 해당 연구성과는 "Science"에 온라인으로 게재됐다. 쑨잉푸/쉬자웨이 연구팀은 인간 초기 배아발달 및 유전병의 후대 전달 차단 분야에서 중요한 기여를 함으로써 생식의학 및 배아 착상전 유전학적 진단 과학의 발전을 추진했다. 후성유전학적 수식은 유전자 발현 제어에 참여함과 아울러 개체 발달을 제어한다. 포유동물 초기 발달 과정에서 난모세포 수정 형성은 전능성 수정란을 보유하고 있으며 또한 세포분열 및 분화 형식을 통해 착상전 포배를 형성하는데 후자에는 다기능성을 보유한 내세포집단이 포함된다. 발달 과정에서 후성유전학적 수식은 강렬한 재프로그래밍을 경과한다. 인간 난세포와 초기 배아 샘플의 희소성 및 극소량 세포 히스톤 수식 기술의 결핍으로 인간 초기 배아발달 과정에서 히스톤 수식의 재프로그래밍 규칙 및 기능은 밝혀지지 않았다. 동 연구는 인간 초기 배아 히스톤 수식 재프로그래밍 규칙을 체계적으로 분석했고 인간 특유의 히스톤 수식 동적 변화 규칙을 연구했으며 "에피지놈 재구동" 메커니즘을 규명했다. 해당 연구성과는 인간 생명 및 보조생식기술에서 배아의 초기 발달 및 제어 규칙을 인식하는데 중요한 이론적 의미가 있다.

약물의 암세포 직접 전달 달성

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최근, 저장(浙江)대학 황페이허(黃飛鶴)/마오정웨이(毛崢偉) 연구팀은 미국국립보건원(USA National Institutes of health) 위궈찬(喻國燦) 연구팀과 공동으로 초분자 폴리펩티드 구축의 새 방법을 개발했다. 해당 제어 가능한 폴리펩티드 자가조립은 다양한 형태를 보유하고 있으며 마치 광역학치료 감광제-포르피린을 탑재한 “잠수정”처럼 약물을 종양세포에 직접 전달할 수 있다. 해당 연구성과는 “Nature Communications”에 게재됐다. 폴리펩티드는 내인성 아미노산 기반 생체재료로서 양호한 생체적합성, 고효율 세포 포식성, 낮은 면역독성 등 장점을 보유하고 있기에 생물화학 분야에서 최적의 나노 기능재료로 이용되고 있다. 폴리펩티드의 친수성 말단은 종양세포 표적화 시퀀스로서 전달 방향을 확정하여 종양조직에 도달시키는데 이용되며 소수성 부분은 양친성 조립체 및 약물 탑재체를 구축하는데 이용된다. 양자는 가교화된 시퀀스와 연결된다. 시스테인 잔기가 산소에서 가열될 경우 시스틴으로 산화되어 폴리펩티드와 견고하게 결합됨으로써 정형 역할을 한다. 해당 설계를 기반으로 개발한 재료는 고온 조립, 온도 하강 후에도 조립 형태가 비교적 안정적이다. 폴리펩티드와 필러 아렌(Pillararene)으로 조성된 나노입자는 새로운 재료 구성 방식이다. 약물 피복/탑재 및 나노재료의 형태를 더욱 양호하게 제어하기 위해 연구팀은 에틸렌글리콜에 의해 수식된 필러[5]아렌(pillar[5]arene)을 도입해 조립 과정 및 조립 형태 제어에 이용했다. 5각형 고리화합물인 필러[5]아렌은 중간의 공동(Cavity)에 게스트 분자(Guest molecules)를 용납할 수 있기에 약물탑재 “화물선”은 온도 응답성을 보유한다. 획득한 초분자 폴리펩티드는 가열 후 필러[5]아렌이 친수성에서 소수성으로 변화되기에 구형(Sphere) 나노입자 구조로 변형된다. 조립 형태 조절을 통해 폴리펩티드 형태를 나노선에서 나노입자로 변화시킬 수 있기에 더욱 많은 생물실험을 수행할 수 있다. 종양세포를 살상할 수 있는 포르피린은 폴리펩티드와 필러[5]아렌의 가열 자가조립 과정에서 피복/탑재되어 구형 “잠수정”에 진입하여 “위장(Camouflage)” 형식으로 인체 장벽을 투과함과 아울러 내비게이션을 통해 종양세포를 찾아 종양세포 내부에 진입한다. 빛조사 조건에서 포르피린은 산소자유라디칼을 방출하여 세포를 파괴하며 더 나아가 세포사멸을 유도한다. 연구팀은 동물실험을 통해 해당 나노 약물을 생체적합성이 양호하고 면역독성이 낮은 광역학치료에 이용했다. 또한 초분자 수식 전략 및 폴리펩티드의 표적성을 통해 광역학치료 효율을 대폭 향상시켰다. 해당 초분자 폴리펩티드는 폴리펩티드 수식 및 종양 정밀의료 등 분야에 광범위하게 응용될 전망이다.

뇌교종 오믹스 데이터를 전세계에 무료로 개방

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최근, 중국 뇌교종 유전체지도 계획(CGGA) 데이터베이스는 2,000건의 중국 뇌교종 샘플의 기능성 유전체학 데이터를 발표하여 전세계 연구자에게 무료로 개방했다. 15년간 동안의 임상 표본 및 오믹스(Omics) 데이터 축적을 통해 현재 해당 데이터베이스는 날로 완벽해졌다. 불완전한 통계에 의하면 미국, 유럽의 많은 유명한 연구기관의 약 200편에 달하는 SCI 논문이 해당 데이터베이스를 인용했다. 이번에 발표한 데이터는 다양한 조직 병리 분류, 다양한 WHO 악성도 등급, 원발성/재발성 대응표본(Paired sample)뿐만 아니라 환자의 성별, 연령, 방사선치료 및 화학치료 상황, 추적조사 데이터 등 상세한 임상 데이터를 포함한다. 다양한 오믹스 데이터 특성에 근거하여 연구팀은 또한 뇌교종 돌연변이지도 작성, 유전자 발현 및 그에 따른 DNA 메틸화 분포 모델 전시, 관련성 분석 및 생존 분석 결과 시각화 등을 포함한 다양한 온라인 분석 도구를 개발했다. 뇌교종은 성인에게 흔히 발생하는 두개 내 원발성 악성종양이다. 2004년부터 장타오(江濤) 연구팀은 중국 뇌교종 바이오뱅크(Biobank) 구축 및 임상 추적조사 데이터 수집에 진력했으며 2012년에 신경내과 전문가 왕중청(王忠誠) 원사의 지도에 따라 CGGA를 본격 가동했다. 중국국가신경계질환임상의학연구센터, 베이징시(北京市)신경외과연구소 및 베이징톈탄(天壇)병원 등 임상 연구 자원을 바탕으로 CGGA 데이터베이스는 아시아뿐만 아니라 전세계 최대 규모의 뇌교종 의학 정보 프로젝트로 되었다. 향후 유전체학적 기술 분석을 통해 중국인의 뇌교종 유전체 지도를 전면적으로 작성하여 국내외 더욱 많은 뇌교종 연구자들이 해당 데이터베이스를 활용하게 할 계획이다.

중영 공동연구팀, 유방암을 조기 진단할 수 있는 EIM 기술 개발

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최근, 중영 공동연구팀이 25년의 연구를 거쳐 개발한 유방 임피던스 단층촬영(EIM) 기술에 의한 유방암 조기 임상진단 검증시험에서 중요한 성과를 달성했다. EIM 기술은 생물 전기 임피던스 단층촬영(EIT) 기술 기반 기술로서 일반적인 유방 질환 및 종양을 발견할 수 있을 뿐만 아니라 극초기 유방 종양을 정확하게 진단할 수 있다. 따라서 유방암에 의한 사망률 감소에 유력한 기술 보장을 제공한다. 유방암은 여성에게 많이 발생하는 악성종양이다. 현재 유방암 진단에서 일반적으로 B-스캔(B-Scan), 몰리브덴 타겟(Molybdenum target), 핵자기공명(NMR) 등 기술을 사용한다. 공동 연구팀이 검증 시험한 EIM 기술은 “세포 기능 이미징” 기술 원리를 기반으로 하며 인체기관 및 세포를 스캐닝할 수 있기에 마치 “매 하나의 세포를 촬영”하는 것과 마찬가지로 조직 및 세포의 특이적 변이를 또렷하게 관찰할 수 있다. 따라서 비침습, 무통증, 무방사 조건에서 정확하게 양성 및 악성 유방조직을 식별할 수 있다. 연구팀은 중국에서 30여 건의 임상 검증시험을 수행했다. 검증시험 과정에서 연구팀은 EIM 기술과 B-스캔, 몰리브덴 타겟, 병리 조직절편 등 기술을 비교한 결과, EIM 기술은 높은 진단 정확률을 보유하며 종양 진단 누락, 양성 진단 오류가 발생하지 않았다. 해당 기술은 극초기 유방암 환자를 정확하게 진단함으로써 치료율을 대폭 향상시킬 전망이다. EIM 기술은 2014년 10월, 중국 저자성(浙江省) 닝보시(寧波市)정부의 프로젝트 사업비 지원으로 최적화 임상 프로토타입 및 상업용 프로토타입 제조를 가동했으며 2018년 말, 닝보시닝하이(寧海)부녀아동병원에서 산업화전 임상 검증시험을 수행했다. 중영 EIM 연구팀은 다음 단계에 양국에서 지속적으로 임상시험을 확장 추진하고 기술 분야에서 이미지 정밀도를 더한층 향상시키며 0~1단계 유방암 진단 데이터베이스를 구축함과 아울러 계획에 따라 중국에서 빠른 시일 내에 산업화 생산을 달성할 예정이다. 중영첨단장비산업연구원은 닝보베이룬구(北侖區)정부 및 영국 케임브리지대학(University of Cambridge)의 지원으로 구축된 지능장비 산업 연구개발, 성과 창출 및 보급, 중국/영국 과학기술 및 인재교류협력 등에 전문적으로 진력하는 기관이다.

란저우목축•수의약연구소, 뿔 없는 야크 육종 성공

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최근, 중국농업과학원 란저우(蘭州)목축·수의약연구소 옌핑(閻萍) 연구팀은 20여 년 동안의 연구, 실험을 통해 뿔이 없고 사육에 적합한 야크(Yak) 새품종인-“아스단(阿什旦) 야크” 육종에 성공했다. 이는 동 연구소가 칭하이다퉁(大通)소종축장과 공동으로 다퉁 야크 육종에 성공한 후의 또 하나의 야크 새품종이다. 야크는 칭짱(青藏)고원 목축민의 주요 생활 및 경제 원천이다. 하지만 야크 품종의 퇴화, 낙후한 사육 방식 등 원인으로 많은 지역에서 야크 산업으로 빈곤을 퇴치하는데 어려움을 겪고 있다. 아스단 야크는 칭하이성다퉁소종축장 경내의 해발 4,380m 아스단 설산에서 비롯됐다. 아스단 야크의 가장 큰 외모상 특징은 뿔이 없고 성격이 온순하다. 뿔이 없는 야크는 사육 과정에서 야크 간 싸움으로 인한 상해를 감소시킬 수 있기에 사육 밀도 및 생산율을 향상시킬 수 있다. 또한 사육하기 쉬우며 사육화를 통해 전통적인 분산 사육 방식의 8~9년 야크 성장주기를 3~4년으로 줄일 수 있기에 목장의 과부하 완화, 산업 효익 증가 효과가 뚜렷하다. 뿔 없는 야크는 칭짱고원의 가물고 추운 초원 원생태(Original ecology) 지역 및 기타 유사한 지역에서의 보급 이용이 적합하다. 또한 야크 사육 과정에서 장기간 자연초지에 의존한 분산 방목, 단일한 생산방식, 규모화/집약화/표준화 수준이 낮은 등 문제를 효과적으로 해결할 수 있기에 발전 잠재력을 보유한 칭짱고원 초지 목축업 생산 시스템을 심층적으로 구축하고 고원 목축지역 및 농업-목축업 교차지역(Farming-pastoral region) 산업 발전의 유전자원 요구를 풍부히 하는데 유리하다. 아스단 야크 육종 기간에 연구팀은 칭하이(青海), 간쑤(甘肅) 등 성(省)/구(區)에 파일럿 시험(Pilot test)을 목적으로 종자 수컷소 3,950마리를 보급하여 당지 야크 품종을 개량했다. 개량 후대는 동일한 사육 조건에서 평균 번식 생존율은 59.98%로 당지 야크에 비하여 11.72% 향상됐고 사망률은 1.24%로 당지 야크에 비하여 4.32% 감소됐으며 18월령(Moon's age) 체중은 92.77Kg으로 당지 야크에 비하여 24.71% 증가됐다.

쿤밍동물연구소, “숨은” 생물다양성 예측용 새 수학모형 제시

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최근 중국과학원 쿤밍동물연구소 마잔산(馬占山) 연구팀은 생물다양성 시공간적 분포 묘사용 새 수학모형에 기반해 잠재적 생물다양성 예측·추정 방법을 제안했다. 해당 논문은 “Journal of Biogeography”에 게재되었다. “숨은” 생물다양성이라고도 불리는 잠재적 생물다양성 개념은 물리학에의 “암흑물질” 개념과 유사하다. 일반적으로 국지 군락에 존재하지 않지만 특정 서식환경의 지역 생물종풀(species pool)에 존재하는 종을 가리킨다. 해당 개념은 미래 기후변화 조건에서 글로벌 생물다양성의 잠재적 변화 예측 또는 각 지질연대가 겪은 생물다양성의 변화 추정 등에 이용된다. 이외, 인체 내 또는 인구집단 속 미생물군 다양성 동적 변화의 잠재적 피크 연구와 같은 미생물 군집 연구에서 보다 특별한 의미를 지닌다. 잠재적 생물다양성의 주요 특징 중 하나는 “숨은” 다양성에 대한 연구 또는 추정이다. 관찰자 또는 관찰 시공간의 영향 때문에 일부 학자는 양자역학모델을 사용한 추정을 제안하기도 했다. 주거환경에서 방위가 다름에 따라 실내환경의 빛조사 및 온도·습도 조건도 다양하다. 따라서 실내환경 속 미생물군 종류·수량 즉, 미생물군 다양성도 자연히 영향을 받는다. 현재 실내 미생물군 연구는 건축학 및 미생물 교차 연구 분야의 주요 관심과제이다. 일부에서는 실내환경 미생물 군집 동적 변화가 주민 건강에 미치는 영향에 관한 탐구가 이루어지고 있다. 해당 연구는 실내 주거환경 미생물군 동적 변화 데이터를 이용해 시범적으로 “잠재적 다양성”을 예측·추정했다. 새 모형은 실내 사람, 애완동물, 주거환경을 망라한 미생물군 다양성 데이터로 시공간별 미생물군 다양성의 3차원 동적 변화를 효과적으로 묘사했다. 아울러 주택 주민의 생활·건강에 영향을 미치는 일부 해석하기 어려운 요소가 바로 미생물 군집일 것이라 주장했다.

소형 칩에 의한 장기 재건

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최근, 중국과학원 다롄(大連)화학물리연구소 친젠화(秦建華) 연구팀은 인체장기칩(Human organs-on-chips) 기술을 이용하여 새 적층 미세유체칩 장치를 설계했다. 동전 크기밖에 안 되는 해당 플라스틱 칩에서 배양한 인체 다기능성 줄기세포는 뛰어난 생체적합성을 보유함과 아울러 체내 이자섬(Pancreatic island)과 아주 유사한 오가노이드(Organoid)를 유도할 수 있다. 해당 연구성과는 “Lab on a chip” 저널의 앞표지 문장으로 게재됐다. 첨단기술 제품의 “두뇌”로 불리는 칩은 핸드폰, 컴퓨터, 수치제어 장비 등 첨단기술 제품뿐만 아니라 인체 장기 재건 운반체로도 이용될 수 있다. 인체장기칩은 최근 개발된 새 생물 과학기술이며 또한 물리, 화학, 생물학, 의학, 재료학, 공학 및 미세전자기계 등 다학제적 “10대 이머징 테크놀러지”이다. 적층 미세유체칩에 배양한 오가노이드는 최초로 인체 이자섬 조직과 유사한 기능을 보유했다. 해당 오가노이드는 인체 내 다양한 이자섬 세포 유형을 포함할 뿐만 아니라 뛰어난 인슐린 분비 및 글루코스 자극 응답 기능을 보유한다. 인구 노령화 및 생활양식의 변화에 따라 중국의 당뇨병 환자수는 급속히 증가하고 있으며 이 또한 환자, 사회 및 가정에 거대한 부담을 가져다주고 있다. 당뇨병 발병 메커니즘은 비교적 복잡한바 그 임상증상은 대부분 혈당 상승을 동반한 심혈관계 질환 및 신부전 등 다양한 합병증으로서 주요 병리적 변화는 인슐린 분비 부전 또는 이자섬 기능 진행성 손상이다. 특히 1형 당뇨병은 자체로 인슐린을 생성할 수 없기에 일생동안 인슐린 치료가 필요하다. 당뇨병 치료 기술 수단이 지속적으로 개선되고 있지만 이자섬 손상 복원 및 재건은 어려움으로 되고 있다. 이자섬 오가노이드의 체외 재건은 당뇨병 메커니즘 연구, 이자섬 이식 치료 및 약물 연구개발 등에 중요한 의미가 있다. 연구팀은 줄기세포 자가조립 원리와 생물공학 방법을 결합하여 적층 관류가 가능한 미세유체 장기칩에서 인체 다기능성 줄기세포의 내배엽층 유도 분화, 3D 세포배양, 이자섬 조직 발달 및 오가노이드 형성 과정을 달성함으로써 최종적으로 기능성 생체공학적 이자섬 오가노이드를 구축했다. 연구 결과, 칩내 이자섬 배양 환경의 기계적 유체 요인은 오가노이드 발달 촉진, 기능 성숙 및 유지에 아주 유리하다. 체외에서 구축한 이자섬 오가노이드는 체내 환경과 비교적 큰 차이가 존재하기에 적합한 체외 배양 환경 마련은 어려움으로 되고 있다. 상기 어려움을 해결하기 위해 연구팀은 오가노이드칩에 대한 생체공학적 설계 및 제조를 기반으로 하고 바이오 유체, 역학적 자극, 세포 간 작용 및 생화학적 요인 농도 등 조직/기관의 발달에 요구되는 복잡한 미세환경에 대한 체외 시뮬레이션을 통해 줄기세포의 방향성 분화 발달 및 오가노이드 형태 발생 유도에 유리한 조건을 형성했다. 장기칩 내에 형성된 생물역학적 요인은 오가노이드 형성과정에서의 영양물질 교환에 유리할 뿐만 아니라 오가노이드의 혈관 형성 및 성숙을 촉진한다. 이는 체외에서 핵심 기능을 보유한 중요한 조직/기관을 제조하는데 새 전략 및 아이디어를 제공했다. 연구팀은 인체장기칩 및 생물의학 다학제간 연구를 수행하여 해당 “미니” 오가노이드 모델 및 첨단과학 생물기술을 인간생활에 접근시킴으로써 인간 생명건강 개선에 진력했다. 현재 연구팀은 일련의 생체공학적 장기칩 시스템을 구축했으며 뇌, 간, 심장 등 다양한 중요한 오가노이드를 성공적으로 배양함과 아울러 생명 초기의 환경 노출 및 약물 테스트 등 연구에서의 응용을 시도했다. 대량의 연구를 통해 임신기간의 병원체, 약물 및 환경오염 등에 대한 노출은 유산(Abortion) 또는 태아 대뇌 발달 비정상을 유발하는 주요 요인일 뿐만 아니라 당뇨병, 심혈관계 질환 등 성년기 중대 만성질환 감수성과 관련됨을 발견했다. 그러나 적합한 체외 모델의 결핍으로 지금까지 관련 분야에 대한 심층적 연구를 수행하지 못했다. 전단계 대량 테스트를 통해 연구팀은 장기칩 기술을 이용하여 뇌의 동적 미세환경을 시뮬레이션했으며 복잡한 구조 기능을 보유한 뇌기관을 배양했다. 해당 줄기세포에서 유래된 뇌기관으로 특정 뉴런, 다양한 뇌영역 및 피층 구조의 분화 특성 등을 포함한 인간뇌 조기 발달 과정을 재현할 수 있다. 또한 해당 뇌기관으로 다양한 환경 요인 노출이 태아 대뇌 발달에 미치는 영향을 연구할 수 있다. 연구팀은 또한 알코올, 니코틴 및 중금속 카드뮴 등은 인간 신경계 전구세포의 분화에 영향을 미치며 다양한 뇌영역 및 피층의 발달 비정상을 유발함과 아울러 태아 뇌발달에 영향을 미침을 발견했다. 해당 연구는 뇌질환 약물 개발 등에 새 모델을 제공했다. 이외에 연구팀은 간기관(Liver organs) 칩 장치를 개발함과 아울러 어레이를 통해 관류 가능한 칩에 대량의 기능성 마이크로형 간기관을 형성했다. 해당 기관은 간세포 및 간관(Hepatic duct) 세포를 포함하며 인체 간과 유사한 알부민 및 요소(Urea) 분비 기능 그리고 특정 약물에 대한 독성반응을 보유하고 있기에 간질환 모델, 이식실험 및 약물선별 등에 심층적으로 이용될 수 있다. 후속 연구과정에서 연구팀은 다학제간 방법 및 협력 전략을 융합해 해당 오가노이드의 생물학적 기능을 한층 더 향상키고 다양한 장기 사이의 상호작용을 연구하여 오가노이드 구축 어려움을 해결함으로써 체외에서 구조 기능이 인체 3D 장기 모델과 더욱 접근하는 장기를 획득하여 생명의학 연구, 조직/기관 재건 및 약물 개발 등에 새로운 전략 및 플랫폼을 제공할 전망이다. 향후 해당 오가노이드칩 장치에 다양한 바이오센서를 통합해 외계 자극에 대한 반응을 모니터링할 계획이다. 예를 들면 다양한 개체 또는 환자 유래 오가노이드의 약물에 대한 반응 및 고투과성 약물 선별 등을 테스트함으로써 동물실험 원가를 대폭 절감하여 신약 개발을 추진할 전망이다.

저장대학, 미토파지 활성화 촉진에 의한 뇌중풍 위해성 감소

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최근, 저장(浙江)대학 약학학원 천중(陳忠) 연구팀은 뇌졸중 뉴런 미토파지(Mitophagy)의 새 규칙을 규명함으로써 허혈성 뇌손상 잠재적 표적을 정밀 선택하는데 이론적 지원을 제공했다. 해당 연구성과는 “세포생물학저널”에 게재됐다. 속칭 뇌중풍, 뇌허혈이라고 부르는 허혈성 뇌졸중은 높은 발병률, 높은 지체장애, 높은 치사율 등 특성을 보유하고 있다. 뇌졸중의 병리 메커니즘은 극히 복잡하기에 임상에서 효과적인 치료 수단 및 약물 정밀 중재 표적이 결핍하다. 뇌 혈액공급 부족으로 인한 뉴런 손상은 뇌졸중 뇌손상을 유발하는 주요 원인이다. 뉴런의 손상은 인체 기능 장애를 유발하며 최종적으로 지체장애 또는 사망을 초래할 수 있다. 뉴런은 형태가 아주 특수한 세포로서 세포체로부터 많은 돌기가 뻗었으며 그중 가장 긴 한가닥을 “축삭돌기”라고 부른다. 만약 축삭돌기를 정보전달 “고속도로”에 비유하면 미토콘드리아는 정보교류에 요구되는 “연료” 제공을 담당한다고 볼 수 있다. 미토콘드리아의 특수한 역할로 뉴런은 미토콘드리아에 대한 엄격한 품질 제어를 수행해야 한다. 뉴런은 리소좀 경로를 통하여 손상된 미토콘드리아를 제거하는데 이를 미토파지라고 부른다. 그러나 축삭돌기에서 미토콘드리아의 자가포식 과정을 아직 완전히 규명하지 못했다. 프로젝트팀은 최초로 뇌허혈 뉴런의 축삭돌기 미토콘드리아가 원위치에서 자가포식에 의하여 제거되는 것이 아니라 역방향으로 뉴런 세포체에 수송되어 되돌아온 후 자가포식을 달성하고 또한 미토콘드리아의 역방향 수송을 특이적으로 촉진시킴과 아울러 미토파지 활성화를 통하여 허혈성 뉴런의 미토콘드리아 품질을 향상시킴으로써 세포사멸을 감소시키고 최종적으로 항뇌허혈의 신경 보호 역할을 발휘함을 발견했다. 상기 과정에서 모터단백질(Motor protein)은 미토콘드리아의 역방향 수송을 담당하며 손상 정도가 다른 미토콘드리아의 역방향 수송 속도도 다르다. 동 연구는 항뇌졸중 약물 표적을 찾는데 중요한 실험적 근거를 제공했다.