쥐 줄기세포로 뇌 발달하고 심장 뛰는 배아 만들었다

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케임브리지대, 칼텍 등 국제공동연구팀 네이처에 발표

국제공동연구팀이 뇌와 심장박동이 관찰되는 합성 배아를 만드는 데 성공해 국제학술지 ′네이처′ 8월 25일자에 발표했다. 왼쪽 사진의 초록색 부분이 뇌의 전두엽, 분홍색은 심장 부분이다. 네이처 제공.

국제공동연구팀이 뇌와 심장박동이 관찰되는 합성 배아를 만드는 데 성공해 국제학술지 '네이처' 8월 25일자에 발표했다. 왼쪽 사진의 위가 정상 배아, 아래가 합성 배아, 초록색 부분이 뇌의 전두엽, 분홍색은 심장 부분이다. 네이처 제공.

국제공동연구팀이 실제 배아처럼 뇌가 발달하고 심장 박동이 관찰되는 합성 배아를 만들었다.

영국 케임브리지대와 미국 캘리포니아공과대학(칼텍) 등 국제공동연구팀이 쥐의 줄기세포를 이용해 이같은 합성 배아를 만드는 데 성공하고 국제학술지 '네이처' 8월 25일자에 발표했다.

연구팀은 배아줄기세포, 영양막줄기세포, 원시내배엽줄기세포 등 세 가지 유형의 줄기세포를 적절히 조합해 배아 모델을 만들었다. 줄기세포 배아 모델은 뇌의 초기 발달과 심장 박동이 보이는 난황낭(yolk sac)이 형성될 때가지 발달했다. 실제 배아였다면 수정된 뒤 약 10일간 발생이 이뤄진 셈이다.

앞선 8월 1일 이스라엘 와이즈만연구소 연구팀이 쥐의 줄기세포를 이용해 초기 뇌와 심장을 갖춘 합성 배아를 약 8.5일간 배양하는 데 성공해 국제학술지 '셀'에 발표한 바 있다. 케임브리지대 연구팀의 결과는 이를 넘어 배아와 동등한 수준의 신경계를 갖출 수 있다는 가능성을 보여줬다.

줄기세포를 이용한 배아에서 뇌, 그중에서도 전두엽이 발달하도록 성공한 것은 이번 처음이다. 배아에서 뇌 조직이 발달할 수 있는 신호를 찾아냈기에 가능했다. 연구팀은 2013년부터 합성 배아를 성장시키는 연구를 지속하고 있다. 뇌 발달에 중요한 역할을 하는 유전자군을 찾아내는 등 그간의 성과가 이번 연구 결과로 증명됐다.

막달레나 제르니카-겟츠 케임브리지대 생리학 및 신경발생학과 교수는 "우리가 만든 쥐 배아 모델은 뇌뿐만 아니라 박동하는 심장, 신체 모든 구성요소가 발달했다"며 "신경 발달을 연구할 수 있는 새로운 가능성이 열렸다"고 말했다.

초기 배아 발달 연구는 불임이나 난임을 해결하는 데 핵심적인 연구로 꼽힌다. 대다수는 배아 초기 단계에 세 가지 줄기세포가 제대로 상호작용하지 않아 실패한다. 수정 후 첫 일주일간 배아줄기세포, 영양막줄기세포, 원시내배엽줄기세포 등 세 종류의 줄기세포가 만들어진다. 이때 배아줄기세포는 신체 조직이 되고, 나머지는 배아에게 영양분을 공급해 발달을 돕는 역할을 한다. 배아가 정상적으로 자라려면 배아와 모체를 연결하는 조직 사이 상호작용이 중요하다.

제르니카-겟츠 교수는 "줄기세포 배아 모델은 작은 배아가 엄마의 자궁에 착상돼 정상 관찰이 힘든 단계까지도 확인할 수 있다"며 "많은 임신이 실패하는 이유와 이를 예방할 방법을 찾을 수 있다"고 말했다.