과학의 큰 표지: 중국 팀이 세계 최초의 뇌 재생 지도를 공개했습니다!

인간의 두뇌는 10%만 발달할 수 있다는 것이 사실인가요?

영화 '슈퍼바디'에서 주인공 루시는 우연히 뇌 잠재력을 100% 발달시켰습니다.

신체의 급속한 진화와 함께 그녀는 점점 더 많은 초능력을 습득했습니다. 외국어를 즉시 익히고, 뇌파를 사용하여 공기 중에서 물체를 움직이고, 물체의 모양을 마음대로 바꾸는 등. ...

뇌 뉴런이 지속적으로 발달할 수 있는 가능성 중 하나는 우리 뇌 세포가 재생 능력을 갖고 있다는 것입니다.

현재 세계에서 뇌를 재생할 수 있는 유일한 생물은 어리 석고 귀여운 "신화의 짐승" 도롱뇽뿐입니다.

그런데 인간은 뇌 재생을 이룰 수 있을까요?

최근 BGI 생명 과학 연구소가 이끄는 팀은 도롱뇽 뇌 재생에 대한 최초의 시공간 지도를 완성하여 뇌 손상이 스스로 치유되는 방식을 밝혔습니다.

세계 최초의 뇌 재생 시공간 지도이며, 연구 결과는 사이언스 9월 2일자 표지에 실렸습니다.

뇌 재생에 대한 최초의 시공간 지도

재생 능력에 관해서라면 도마뱀이 꼬리를 재생하는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

이 외에도 박쥐 날개, 제브라피시 하트, 상어 이빨, 불가사리 팔다리... 모두 재생 가능합니다.

생물학적 "뇌" 재생 능력만이 과학자들을 매료시킵니다.

이 기사단일 세포 스테레오-seq는 아홀로틀 뇌 재생에 관여하는 유도된 전구 세포를 보여줍니다는 아홀로틀 뇌 재생의 시공간 지도를 소개합니다.

논문 주소: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

뇌 재생을 연구하려면 적합한 모델을 찾아 연구를 진행해야 합니다.

결국, 연구팀은 뇌를 재생할 수 있는 세계 유일의 생물, 즉 멕시코 아홀로틀을 선택했습니다.

팔다리, 꼬리, 눈, 피부, 간 및 기타 장기를 재생할 수 있을 뿐만 아니라 뇌도 재생할 수 있는 "육각형 공룡"이라고도 알려진 도롱뇽의 일종입니다.

도롱뇽의 종뇌의 발달과 재생

이것은 바로 과학자들이 재생 관련 문제를 연구하는 데 사용할 수 있는 중요한 모델 유기체가 아닐까요?

여기서 이 연구의 핵심 기술인 시공간 오믹스 기술(Stereo-seq)을 언급해야 합니다.

이 기술을 통해 과학자들은 아홀로틀 뇌 발달의 6가지 중요한 기간 동안 세포 분자의 변화하는 상태를 명확하게 볼 수 있는 사진을 찍어 아홀로틀의 뇌 발달에 대한 시공간 지도를 형성할 수 있습니다.

뇌 재생에는 시간 및 지역별 방식으로 복잡한 반응의 조정이 필요합니다. 이 과정에 관여하는 세포 유형과 분자를 확인하면 과학자들의 뇌 재생에 대한 이해가 높아질 것입니다.

그러나 이 분야의 발전은 포유류 뇌의 제한된 재생 능력과 세포 및 분자 수준의 재생 과정에 대한 불완전한 기계적 이해로 인해 방해를 받았습니다. 앞서 언급한 멕시코 아홀로틀은 손상된 부속기와 뇌를 포함한 여러 내부 장기를 재생할 수 있습니다.

따라서 이 도롱뇽은 과학자들이 뇌 재생을 연구하는 데 이상적인 모델이 되었습니다. 뇌 재생 메커니즘을 이해하기 위해 과학자들은 대규모 데이터 수집 및 분석을 통해 복잡한 세포 및 분자 반응을 동시에 해독할 수 있는 연구 도구도 필요합니다.

우선, 과학자들은 뇌 재생과 발달 과정을 연구에서 비교한다면 뇌 재생의 본질에 대한 새로운 이해를 제공하는 데 도움이 될 것이라고 믿습니다.

이에 연구팀은 축색동물의 왼쪽 종뇌의 외측구개 부위의 일부를 제거하고 재생 과정 중 여러 단계에서 조직 샘플을 채취했습니다. 그런 다음 여러 발달 단계에서 축삭종 종뇌의 조직 샘플을 수집했습니다.

다음으로, 연구원들은 고화질 및 넓은 필드 Stereo-seq 기술을 사용하여 축삭 도마뱀의 종뇌의 양쪽 반구를 덮는 조각에서 단일 세포 해상도 공간 전사체 데이터를 생성했습니다. 세포 유형 주석, 세포 공간 구성, 유전자 활동 역학 및 세포 상태 전이를 분석하고 발달 중 이러한 세포 특성과 비교하여 손상 유발 재생에 대한 기계적 연구가 수행되었습니다. 과학자들은 Stereo-seq를 사용하여 아홀로틀의 6개 발달 단계와 7개 손상 유발 재생 단계를 포괄하는 종뇌 ​​슬라이스 세트에 대한 공간 전사체 데이터를 생성했습니다.

연구자들은 단일 세포 분해능의 데이터를 통해 발달 중에 존재하는 33개의 세포 유형과 다양한 유형의 흥분성 및 억제성 뉴런, 여러 외배엽 세포 하위 유형을 포함하여 재생과 관련된 28개의 세포 유형을 식별할 수 있었습니다.

데이터는 발달 단계에서 서로 다른 분자 특성과 잠재적인 기능을 지닌 심실 영역의 서로 다른 영역에 분포된 세 가지 성인 상피 세포 하위 집단을 생성할 수 있는 원시 유형의 상피를 보여줍니다.

재생 측면에서 연구팀은 부상으로 활성화된 국소 상주 상피 세포에서 유래할 수 있는 상피 세포의 하위 집단을 발견했습니다. 이 세포 집단은 상처 부위를 덮기 위해 증식할 수 있으며, 이후 중간 전구 세포, 미성숙 뉴런 및 궁극적으로 성숙한 뉴런으로의 상태 전환을 통해 손실된 뉴런을 보충할 수 있습니다.

발달과 재생 사이의 축삭 종뇌의 세포 및 분자 역학을 비교할 때 과학자들은 손상 유발 상피 세포의 전사체 상태가 발달 단계별 상피 세포와 유사하다는 사실을 발견했습니다.

동시에 연구팀은 축삭 말뇌의 재생도 발달 과정에서 분자 연쇄반응과 잠재적인 세포주 전환 측면에서 유사한 신경 발생 패턴을 보이는 것을 관찰해 뇌 재생이 발달 과정을 부분적으로 재현하고 있음을 시사했다. . 공간적 전사체 데이터는 발달 및 부상으로 인한 재생 동안 축삭 종뇌의 세포 및 분자 특징을 강조합니다. 상피 세포의 활성화 및 기능 조절에 대한 추가 특성화는 포유류 뇌의 재생 능력 향상에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

네발동물 종뇌의 단일 세포 공간 전사체에 대한 연구팀의 연구는 발달, 재생 및 진화 뇌 생물학에 대한 추가 연구에 유용한 데이터를 제공합니다.

뇌 재생이 현실이 되나요?

인간의 뇌에는 860억 개의 뉴런이 서로 연결되어 있다는 것을 알아야 합니다.

논문의 공동 교신저자이자 BGI-Research의 부국장인 Yin Gu 박사는 다음과 같이 말했습니다.

아홀로틀을 모델 유기체로 사용하여 뇌 재생 과정에서 주요 세포 유형을 식별했습니다. 이 발견은 포유류 신경계의 재생 의학에 대한 새로운 아이디어와 지침을 제공할 것입니다.

따라서 중추 신경계 재생 의학의 주요 목표는 뉴런의 공간 구조뿐만 아니라 조직 내 특정 연결 패턴을 재구성하는 것입니다.

향후 연구에서는 뇌의 3차원 구조를 재구성하고 재생 과정에서 다양한 뇌 영역의 체계적인 반응을 이해하는 것이 중요할 것입니다.

오랫동안 과학자들은 전체 뇌의 신경망 구조를 매핑하여 신경계가 어떻게 작동하는지 이해하는 꿈을 꾸었습니다.

예를 들어 Google은 2019년 처음으로 초파리 뇌 뉴런의 3D 모델을 재구성한 후 이듬해 초파리 "반뇌" 커넥톰을 발표했습니다.

이제 그들은 인간의 뇌 영상 데이터 세트를 출시했습니다.

이 데이터 세트를 통해 사람들은 1억 3천만 개의 시냅스와 수만 개의 뉴런 샘플을 볼 수 있어 뇌의 3차원 구조를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

아홀로틀 외에도 과학자들은 시공간 오믹스 기술을 사용하여 처음으로 쥐, 제브라피시, 초파리, 애기장대 등 네 가지 모델 유기체의 배아 발달 또는 기관에 대한 시공간 지도를 그렸습니다.

현재 해당 연구 결과는 Cell과 그 하위저널인 Developmental Cell에 게재되었습니다.

뇌 재생 연구와 관련하여 네티즌들은 향후 발전에 대해 낙관하고 있습니다.

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