국제 우주 정거장에서 한 달을 보낸 후에도 뇌 세포는 건강한 상태를 유지하지만 지구의 뇌 세포보다 더 빨리 성숙한다

무중력은 근육, 뼈, 면역 체계, 인지를 변화시키는 것으로 알려져 있지만, 뇌에 미치는 구체적인 영향에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 스크립스 연구 과학자들은 뇌 세포가 무중력에 어떻게 반응하는지 알아보기 위해 뉴욕 줄기세포 재단과 협력하여 "오르가노이드"라고 불리는 줄기세포에서 유래한 뇌 세포의 작은 덩어리를 국제 우주 정거장(ISS)으로 보냈습니다.

놀랍게도, 오르가노이드는 한 달 후 궤도에서 돌아왔을 때에도 여전히 건강했지만, 세포는 지구에서 자란 동일한 오르가노이드에 비해 더 빨리 성숙했습니다. 그들은 성인 뉴런이 되는 데 더 가까웠고, 특화의 징후를 보이기 시작했습니다. 우주 여행의 잠재적인 신경학적 효과에 빛을 비출 수 있는 결과는 2024년 10월 23일 Stem Cells Translational Medicine 에 게재되었습니다.

"이 세포들이 우주에서 살아남았다는 사실은 큰 놀라움이었습니다." 공동 수석 저자인 Jeanne Loring 박사, Scripps Research의 분자 의학과 명예 교수이자 재생 의학 센터의 창립 이사가 말했습니다. "이것은 우리가 신경 퇴행성 질환의 영향을 받는 뇌의 다른 부분을 포함할 수 있는 우주에서의 미래 실험을 위한 토대를 마련합니다."

지구에서, 팀은 줄기 세포를 사용하여 피질 또는 도파민성 신경 세포로 구성된 오르가노이드를 만들었습니다. 이는 다발성 경화증과 파킨슨병에 영향을 받는 신경 세포 집단입니다. 로링은 수십 년 동안 이 질병을 연구했습니다. 일부 오르가노이드에는 또한 뇌에 상주하는 면역 세포인 미세아교세포가 포함되어 있어, 무중력이 염증에 미치는 영향을 조사했습니다.

오르가노이드는 일반적으로 영양이 풍부한 액체 배지에서 성장하는데, 세포에 충분한 영양이 공급되고 노폐물이 제거되도록 정기적으로 교체해야 합니다. ISS에서 실험실 작업이 필요 없도록 연구팀은 원래 냉동을 위해 설계된 작고 기밀이 잘 되는 바이얼인 크라이오바이얼에서 평소보다 작은 오르가노이드를 성장시키는 방법을 개척했습니다.

이 오르가노이드는 케네디 우주 정거장의 연구실에서 준비되었고, 미니어처 인큐베이터에 담겨 ISS로 이동했습니다. 궤도에서 한 달을 보낸 후 지구로 돌아왔고, 팀은 이들이 건강하고 온전하다는 것을 보여주었습니다.

우주 환경이 세포 기능에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 연구팀은 세포의 RNA 발현 패턴(유전자 활동의 척도)을 지구에 남아 있던 동일한 "지상 대조군" 오르가노이드와 비교했습니다. 놀랍게도, 그들은 무중력 상태에서 자란 오르가노이드가 지상 대조군에 비해 성숙과 관련된 유전자 수준이 더 높고 증식과 관련된 유전자 수준이 더 낮다는 것을 발견했습니다. 즉, 무중력 상태에 노출된 세포는 지구에 있는 세포보다 더 빨리 발달하고 복제가 적었습니다.

"우리는 두 종류의 오르가노이드 모두에서 유전자 발현 프로필이 지상에 있는 것보다 더 오래된 발달 단계의 특징이라는 것을 발견했습니다."라고 로링은 말합니다. "무중력 상태에서는 더 빨리 발달했지만, 이것이 성인 뉴런이 아니라는 것을 아는 것이 정말 중요합니다. 따라서 이것은 노화에 대해 아무것도 말해주지 않습니다."

연구팀은 또한 자신들의 가설과 달리 무중력 상태에서 자란 유기체에서는 염증이 적고 스트레스 관련 유전자의 발현이 낮았지만, 그 이유를 확인하기 위해서는 추가 연구가 필요하다고 밝혔습니다.

로링은 무중력 조건이 중력이 존재하는 기존 실험실 조건에서 성장한 오르가노이드에 비해 뇌 내 세포가 경험하는 조건과 더 유사할 수 있다고 추측합니다.

"미세 중력의 특성은 아마도 사람의 뇌에서도 작용할 것입니다. 왜냐하면 미세 중력에서는 대류가 없기 때문입니다. 다시 말해, 사물이 움직이지 않습니다." 로링은 말합니다. "우주에서 이러한 유기체는 배양 배지나 산소로 가득 채워지지 않기 때문에 뇌와 더 비슷하다고 생각합니다. 매우 독립적입니다. 뇌의 소우주인 뇌소구체와 같은 것을 형성합니다."

이 논문은 팀의 첫 번째 우주 임무를 설명하지만, 그 이후로 그들은 ISS에 4개의 임무를 더 보냈습니다. 그들은 각 임무에서 첫 번째 임무의 조건을 복제하고 추가 실험을 추가했습니다.

"다음으로 우리가 할 일은 알츠하이머병에 가장 큰 영향을 받는 뇌 부분을 연구하는 것입니다." 로링이 말했습니다. "또한 공간에서 뉴런이 서로 연결되는 방식에 차이가 있는지도 알고 싶습니다. 이런 종류의 연구에서는 이전 연구에 의존하여 결과가 어떻게 될지 예측할 수 없습니다. 이전 연구가 없기 때문입니다. 말하자면 우리는 지상에 있습니다. 하늘에 있지만 지상에 있는 것입니다."

이 연구는 국립줄기세포재단의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241217201507.htm