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POSTECH · 전남의대 · 성균관대 연구팀, 뇌 모델에 사용가능한 매트릭스 개발

박영재 기자 | 기사입력 2024/02/16 [10:05]

POSTECH · 전남의대 · 성균관대 연구팀, 뇌 모델에 사용가능한 매트릭스 개발

박영재 기자 | 입력 : 2024/02/16 [10:05]

【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=POSTECH(포항공과대학교)은 기계공학과 · IT융합공학과 · 생명과학과 · 융합대학원 장진아 교수, 기계공학과 조동우 교수, 기계공학과 배미현 박사, 전남의대 김형석 교수, 성균관대 생명물리학과 조한상 교수, 통합과정 Huyen Ngo(후이엔 응오) 씨 공동 연구팀이 돼지 뇌에서 유래한 세포외기질(Extracellular Matrix, ECM)을 바탕으로 뇌 모델 제작에 필요한 기질(matrix)를 개발하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

 

▲ 돼지의 뇌 조직을 이용해 사람의 뇌 신경과 세포를 배양하는 환경 조성   © 포스텍


이번 연구는 한국연구재단의 Bio&Medical 기술 개발 사업, 보건복지부와 과학기술정보통신부의 치매극복연구개발사업, 범부처재생의료사업단의 범부처재생의료기술개발사업 등의 지원으로 진행됐으며국제 학술지인‘스몰(Small, impact factor = 13.3)’에 최근 게재됐다.

 

현재 뇌 유래 줄기세포를 배양하거나 뇌 장기유사체(organoid) 모델을 제작할 때 마트리젤(matrigel)이 기질로 널리 활용되고 있는데, 뇌 신경세포의 움직임을 세밀하게 조절하는 데 한계가 있다. 그에 따라 실제 뇌에서 유래한 ECM(이하 BdECM)이 대안으로 떠오르고 있지만 사람의 뇌는 수급이 어렵고, 매트릭스를 만드는 공정인 탈세포화 과정의 수율도 매우 낮다. 또, 동물에서 유래한 BdECM은 세포 안전성에 대한 검토가 아직 충분하지 않아 BdECM의 유망한 잠재력에도 불구하고, 광범위한 사용이 여전히 제한적이었다.

 

연구팀은 돼지에서 유래한 BdECM(이하 P-BdECM)에 라미닌(Laminin 111)을 강화해 뇌의 미세한 환경을 재현하였다. 라미닌은 탈세포화 과정에서 유실되는 단백질 중 하나로 세포의 생존과 성장에 관여한다. 실험 결과, P-BdECM은 사람에서 유래한 BdECM(이하 H-BdECM)과 단백질 조성과 기능이 매우 유사했으며, 라미닌은 P-BdECM을 구성하고 있는 다른 단백질과 시너지 효과를 내 뇌 신경세포 생존과 분화를 촉진했다. 또, 연구팀은 새로 개발한 기질 내에 세포 안전성을 떨어뜨리는 면역 인자도 제거되었음을 확인했다.

 

연구를 이끈 POSTECH 조동우 교수와 성균관대 조한상 교수는 “뇌의 병태생리학적 환경을 정교하게 재현한 이번 연구를 바탕으로 치매 및 다발성경화증과 같은 난치성 뇌질환의 근본적인 메커니즘을 규명할 뇌 모델을 개발할 계획”이라며, “P-BdECM이 신경염증성 질환을 표적으로 하는 약물이나 재생 물질 개발 분야에서도 크게 기여할 것“이라는 말을 전했다.

 

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 

POSTECH, Chonnam National University Medical School, and Sungkyunkwan University research team develops a matrix that can be used in brain models

 

POSTECH (Pohang University of Science and Technology) includes Professor Jina Jang of the Department of Mechanical Engineering, Department of IT Convergence Engineering, Department of Life Science, and Graduate School of Convergence, Professor Dong-Woo Cho of the Department of Mechanical Engineering, Dr. Mi-Hyeon Bae of the Department of Mechanical Engineering, Professor Hyeong-Seok Kim of Chonnam National University, and Professor Han-Sang Jo of the Department of Biophysics of Sungkyunkwan University, and Huyen Ngo of the integrated program (afterwards). It was announced on the 16th that the joint research team led by Yien Ngo succeeded in developing the matrix needed to create a brain model based on extracellular matrix (ECM) derived from pig brain.

 

This research was conducted with support from the National Research Foundation of Korea's Bio&Medical Technology Development Project, the Ministry of Health and Welfare and the Ministry of Science and ICT's Dementia Overcoming Research and Development Project, and the government-wide Regenerative Medicine Project Group's government-wide Regenerative Medicine Technology Development Project, and the international academic journal 'Small'. (Small, impact factor = 13.3)' was recently published.

 

Currently, matrigel is widely used as a substrate when cultivating brain-derived stem cells or producing brain organoid models, but it has limitations in precisely controlling the movement of brain neurons. Accordingly, ECM derived from actual brains (hereinafter referred to as BdECM) is emerging as an alternative, but human brains are difficult to supply, and the yield of the decellularization process, which is the process of creating the matrix, is very low. In addition, despite the promising potential of animal-derived BdECM, the cell safety has not yet been sufficiently reviewed, so its widespread use is still limited.

 

The research team recreated the microscopic environment of the brain by enhancing laminin (Laminin 111) in pig-derived BdECM (hereinafter referred to as P-BdECM). Laminin is one of the proteins lost during the decellularization process and is involved in cell survival and growth. As a result of the experiment, P-BdECM was very similar in protein composition and function to human-derived BdECM (hereinafter referred to as H-BdECM), and laminin had a synergistic effect with other proteins constituting P-BdECM to promote survival and differentiation of brain neurons. promoted. Additionally, the research team confirmed that immune factors that reduce cell safety were removed from the newly developed matrix.

 

  POSTECH Professor Cho Dong-woo and Sungkyunkwan University Professor Cho Han-sang, who led the research, said, “Based on this study, which precisely reproduces the pathophysiological environment of the brain, we plan to develop a brain model to identify the fundamental mechanisms of incurable brain diseases such as dementia and multiple sclerosis.” He said, “P-BdECM will also make a significant contribution in the field of developing drugs or regenerative materials targeting neuroinflammatory diseases.”

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