실험실에서 5년, 미니 뇌는 흐른 시간을 알고 있었다

실험실의 5년은 세포 안에도 흘렀습니다

작은 배양 접시에서 미니 뇌를 5년 넘게 키웠습니다. 그 안을 들여다보니, 세포에도 지나온 시간의 흔적이 남아 있었습니다. 하버드대 Paola Arlotta 연구팀이 Nature에 발표한 발견입니다. 논문

흔히 미니 뇌라고 부르는 뇌 오가노이드(brain organoid)는 줄기세포로 키운 작은 입체 조직입니다. 이 조직이 사람의 몸 밖에서도 수년간 발달 순서를 따라 성숙한 것입니다. 공식 우리가 다섯 번의 생일을 보내는 동안, 실험실의 미니 뇌에도 생물학적 시간이 쌓인 셈입니다.

세포 속에서 나이테를 읽듯

연구팀은 세포가 어떤 유전자를 얼마나 사용하는지 살펴봤습니다. 배양 시간이 길어질수록 실제 사람의 뇌가 발달할 때 나타나는 유전자 활동의 순서가 이어졌습니다. 논문

시간의 흔적은 DNA에도 있었습니다. DNA 메틸화(DNA methylation)는 DNA에 작은 화학 표지가 붙는 현상입니다. 이 표지의 패턴으로 추정한 조직의 나이가 실제 배양 시간과 함께 움직였습니다. 논문의 그림 1에 두 시간을 견준 결과가 나옵니다. 논문

나무의 나이테를 읽듯, 연구진은 세포의 상태에서 시간이 흐른 흔적을 읽었습니다. 미니 뇌가 시간을 ‘알고 있었다’는 것은 이렇게 발달 이력이 분자적 상태에 남아 있다는 뜻입니다.

어린 세포와 섞어도 지나온 시간은 남았습니다

그 기록이 다음 발달에도 영향을 줄까요? 연구팀은 9~12개월 된 조직의 전구세포(progenitor cell), 즉 다른 뇌세포를 만들어 낼 세포를 15일 된 어린 세포와 섞었습니다. 논문

같은 환경에 놓여도 출발점은 달랐습니다. 어린 쪽이 초기 단계의 세포를 만드는 동안, 오래된 쪽은 보통 배양 2~3개월에 등장하는 후기 신경세포를 재결합 뒤 약 2주 만에 만들었습니다. 논문 게임의 저장 지점에서 다시 시작하듯, 세포는 이미 거친 발달의 진도를 간직하고 있었습니다.

뇌가 자라는 긴 시간을 들여다보는 창

사람의 뇌는 성숙하는 데 오랜 시간이 걸립니다. 수년간 자라는 조직을 관찰할 수 있으면, 초기 발달 이후 세포가 어떻게 변하는지도 따라갈 수 있습니다. 연구팀은 이 발달의 기록을 활용해 원하는 단계의 세포를 더 빨리 얻는 방법도 살펴보고 있습니다. 공식 세포 안에 쌓인 시간이 뇌의 성장 과정을 연구할 실마리가 된 것입니다.