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[서울대 윤병우 교수, 사람의 신경줄기세포를 ‘뇌경색 쥐’의 꼬리에 정맥주사, 혈관을 타고 쥐의 뇌로 이동, 쥐 뇌 속의 혈관세포와 상호작용을 거쳐 뇌경색이 일어난 지점에 안착, 뇌경색이 일어난 쥐 뇌에서 발생하는 여러 가지 생체신호와 결함하여, 사람의 신경줄기세포들이 신경세포와 신경교세포로 분열 분화 증식하는 뇌세포 재생현상을 확인하여 세계 첫 보고(19/Dec/2004), 줄기세포 이용 뇌질환 치료 전기 마련, "뇌의 혈관을 이용한 불멸의 인간 신경줄기세포를 정맥주사한 후의 이동 경로와 뇌세포 재생 과정(Distribution and in situ proliferation patterns of intravenously injected immortalized human neural stem-like cells in rats with focal cerebral ischemia)" (14/Jan/2005)]

국내 연구진이 사람 신경줄기세포가 이식된 후 동물에서 뇌경색 치료 효과를 나타내는 과정을 국제 학계에 처음 보고했다. 다시 말해 정맥에 주사된 인간의 신경 줄기세포가 쥐의 뇌로 흘러 들어가 손상된 뇌세포를 재생시킨다는 사실이 국내 연구진의 동물실험에서 처음으로 확인됐다. 이에 따라 줄기세포를 활용한 뇌경색 등 뇌세포 손상질환 치료법 개발에 한층 속도가 붙을 전망이다. 이를 소개하고자 한다.

우리 뇌(Brain)는 매우 중요한데, 모든 기억이나 창의나, 컴퓨터의 정보의 수집-해석-편집수정-명령-전송을 하는 중앙전산장치(CPU)의 역할을 하는 것이 바로 뉴런(Neuron, 신경세포)이다. 이 뉴런이 고장나거나 까닭없이 죽으면 기억상실병(알츠하이머병)이나 파킨슨병(중풍) 등의 뇌 손상을 입는다. 따라서 뉴런(신경세포)에 대한 연구가 활발하다.
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[목차]
1. 과학자들이 연구하는 뉴런(신경세포)의 영역
2. 서울대 윤병우 교수, 사람의 신경줄기세포를 뇌경색에 걸린 쥐에 정맥주사로 주사하여 뇌세포 재생
3. 연구 성과와 기대 - 정말 쥐의 뇌가 재생되면 인간의 손상된 뇌도 재생 가능한가? 쥐와 인간의 유전자는     80%가 같아
4. 인간을 위해 죽어가는 쥐? 원숭이? 돼지? 동물들?? 매년 10월 15일은 동물의 날? 제사 지내는 날?
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1. 과학자들이 연구하는 뉴런(신경세포)의 영역

뉴런(신경세포)에 관한한 많은 과학자들이 연구하는 방향을 보면 대략 다음과 같은 여덟 가지의 주제로 요약할 수 있다. 목적은 건강을 유지하거나 병을 치료하고 지식(Knowledge)을 많이 습득하여 잘 먹고 오래 살자는 것이다. 그 방법은 정보기술(IT) + 나노기술(NT) + 바이오기술(BT)의 융합(Convergence)로 가능하다.

1) 신경세포는 어떤 분화과정을 거쳐 만들어지는가? 이 메커니즘만 밝혀 낸다면 죽어가는 신경세포를 새로이 만들어 이식할 수 있다.이렇게 되면 장기이식 -> 조직 이식 -> 줄기세포 이식 -> 세포이식이 가능하며 언젠가는 유전자 이식이 가능한 시기가 올 것이다.

2) 우리 몸에는 대략 1경개의 세포가 존재하는 것으로 추정된다. 이 1경개의 세포 중 대다수의 세포들은 세포 분열(Cell division)과 세포 사멸(Cell death)이 반복적으로 일어난다. 이를 세포의 주기라고 하는데, 예를 들어 머리카락은 마스터유전자(Master Gene, 이를 Nanog 라 한다)의 명령에 따라 모근세포들이 분열을 거듭하다가 세포 사멸 프로그램에 의해(이를 Telomere라 한다) 반드시 죽는다. 그러면 또 다른 모근세포가 분열과 사멸을 반복한다. 그런데, 한가지 예외가 있다. 뉴런(신경세포)는 사멸만 있다는 것이다. 그 이유는 무엇이며 어떤 메커니즘으로 사멸하는지 이 것만 밝히면 게임은 끝나는데, 절대자의 비밀을 푸는 것이기 때문이다.

3) 뉴런칩(신경세포 칩)을 개발하여 이를 환자에 이식하면 기억상실병(알츠하이머병)이나 파킨슨병(중풍)을 고칠 수 있을 뿐 아니라, 기억을 보강할 수도 있고, 다른 사람의 기억이나 컴퓨터에 저장된 수많은 정보들을 뉴런 칩으로 다운 받을 수도 있다. 언젠가는 선조들이 이룩해 놓은 수많은 양의 지식을 한 순간에 학습하고 기억할 수 있을 것이다. 영화 Matrix의 Trinity처럼 처음 보는 헬리콥터를 뉴런으로 다운 받아 몇 초 안에 익힐 수 있을 것이다.

4) 뉴런과 뉴런(뉴런은 +-의 전기신호로 전송되므로 이는 디지털이다)을 연결하는 시냅스(Synapse)는 뉴런의 명령에 따라 아날로그적인 몸을 움직이게 하는 화학물질(신경전달물질, 이는 분자이다)을 분비하는데, 이 시냅스가 고장이 나면 몸이 움직이지 않으므로 마비인 파킨슨병에 걸리는데, 이들의 메커니즘만 밝혀 내면 이 또한 게임은 끝나는 것이다.

5) 결국 이들 뉴런과 뉴런, 그리고 시냅스는 거대한 자율신경망시스템(ANS, Autonomic Nervous System) 으로 이루어져 있는데, 환자들에게 뉴런 칩을 이식하고 이 자율신경망시스템을 잘 연결하면, 설사 팔이 없더라도, 다리가 없더라도, 두뇌의 무선원격조정으로 사물이나 컴퓨터를 조작할 수 있다. 즉, 생각만으로 또는 정신적 의도(Mental Intentions) 대로 컴퓨터나 로봇을 조작할 수 있다.

6) 알츠하이머병이나 파킨슨병 등의 조기 진단용 나노-바코드-진단분석기의 개발 및 암세포만 죽이는 나노봇(Nanobot) 또는 나노 캡슐 등의 개발이다. 이는 뇌의 병을 조기에 진단(Diagnostic)-분석(Analysis)-처방(Treatment)-예방(Preventive) 및 병의 예후(병의 경과나 결말의 예상, Prognostic)에 관련된 기술들이다.

7) 뉴런세포의 메커니즘을 밝혀 뉴런 컴퓨팅, DNA 컴퓨팅 또는 뉴런 분자 컴퓨팅을 만들자는 것이요, 시냅스의 메커니즘을 밝혀 분자 제조기(Molecular Assembler, Personal Fab)을 만들자는 것이다.

8) 위의 모든 메커니즘이 밝혀지고 기술이 개발되면 인간을 새로이 만들자는 것이다. 즉, 인간을 복제(Human cloning)에 도전하자는 것이다. 절대자가 자기의 형상대로 인간을 만들었듯이 인간도 인간의 형상대로 다른 인간을 만들자는 것이다.

[참고]

[영국 에든버러 대학 오스틴 스미스(Austin Smith) 교수와 일본 나라 과학기술연구소 야마나카 신야(Shinya Yamanaka) 박사, 켈트족 전설의 ‘불사(不死)의 땅’을 의미하는 ‘나노그(Nanog)’라는 마스터 유전자(Master Gene) 발견 - 줄기 세포로 심장-간-피부 등의 장기(기관)와 조직 만들어 불치병 해결에 획기적인 실마리 제공 - 이 유전자만 통제할 수 있다면 극단적인 경우 줄기 세포가 아닌 일반 세포로도 장기와 조직을 만들 수 있게 된다. 유전학자들이 오랜 시간 동안 찾아 헤매던 ‘생물학의 성배(聖杯)’를 발견한 것과 같은 의미를 갖는다고 논평, 그러나 아직 멀어(2003년 5월 29일)]
[2002년의 노벨 의학상 수상자 3인-세포사멸 프로그램 및 세포사멸 유전자의 규명, AIDS 등 난치병 해결의 실마리 제공(07/Oct/2002)]

2. 서울대 윤병우 교수, 사람의 신경줄기세포를 뇌경색에 걸린 쥐에 정맥주사로 주사하여 뇌세포 재생

서울대 윤병우 교수의 연구 또한 상기 여덟가지 중의 첫번째인 신경세포 분화 과정 중, 인간의 신경줄기세포를 쥐에 정맥주사하여 쥐의 뇌로 어떻게 이동하여 새로운 뇌세포를 재생하는지 그 메커니즘을 밝힌 것이다.

서울대 의과대학 신경과학교실의 윤병우(尹炳宇·49·사진, 뇌졸증 전문) 교수는 “뇌경색에 걸린 쥐에게 사람 신경줄기세포를 정맥주사로 이식한 후 사람 신경줄기세포들이 쥐의 뇌경색 부위로 이동해 신경세포와 신경교세포로 분화함으로써 뇌세포를 재생시키는 과정을 세계최초로 확인했다"고 2004년 12월 19일 밝히고, 이번 연구의 결과를 뉴로사이언스 리서치(Neuroscience Research)12월 호의 Volume 50, Issue 4, Pages 369-542 (December 2004)의 Pages 459-465에 발표했다.

연구팀은 쥐를 대상으로 인위적으로 뇌경색을 일으킨 후 24시간 뒤에 정맥주사로 쥐의 꼬리에 사람 신경줄기세포를 주입(주사)했다. 그 결과 주입한 지 7～14일 사이에 뇌경색 부위에서 사람 신경줄기세포들이 신경세포와 신경교세포 등으로 분열해 증식하는 현상을 확인했다. 세포분열의 지표인 BrdU가 뇌경색 부위에서 다수 발견된 것이다.

사람 신경줄기세포들은 쥐 뇌 속의 혈관세포와 상호작용을 거쳐 뇌경색이 일어난 지점에 안착한 뒤 뇌경색이 일어난 쥐 뇌에서 발생하는 여러 가지 생체신호와 결합하여 그 수를 늘려가면서 뇌 신경세포의 재생을 유도하는 것으로 보인다고 연구팀은 설명했다. 쥐의 정맥 혈관 속에 주입된 사람 신경줄기세포들이 혈관을 타고 이동하다가 뇌경색이 일어난 뇌의 혈관세포들과 결합해 파고 들어가 뇌세포 속으로 이동한 뒤 신경세포 등으로 분열하면서 뇌세포들을 재생시킨다는 것이다.
　
윤병우 교수는 “최근 들어 줄기세포 이식수술로 다양한 뇌질환을 치료하려는 연구들이 많이 이뤄지고 있다”면서 “이번연구는 태아에서 분리한 사람 신경줄기세포가 주사된 뒤 어떤 과정을 거쳐 뇌경색 치료효과를 내는지 그 과정을 구체적으로 확인해 세계 학계에 처음 보고했다는 데 의의가 있다”고 말했다.
　
이번연구에 사용한 사람 신경줄기세포는 김승업 아주대 의대 석좌교수 겸 캐나다 컬럼비아의대 명예교수가 90년대 초반 캐나다에서 16주만에 낙태한 태아의 뇌실 부분 세포를 분리해 배양시켜 만든 세포주이다.

윤 교수는 “이번 연구는 사람 신경줄기세포가 환자에게 효과를 보이는지를 확인하기 위한 전단계의 동물실험”이라고 말했다. 그는 또 “그동안 수술을 통해 뇌경색 부위에 줄기세포를 이식하는 경우는 있었지만 정맥주사를 통해 줄기세포가 뇌경색 부위에 알아서 찾아가는 것을 확인하는 연구는 이번이 처음”이라고 밝혔다.

[Neuroscience Research 에 게재된 논문]

[참조][동맥과 정맥의 혈관을 이용한 나노봇 개발 사례]

[혈액의 불순물을 제거하라(Ironing Out Blood Impurities), 미국의 Argonne 국립연구소 혈액(blood)에 주사 투입할 수 있는 수용체(receptor)가 붙은 나노입자(nanoparticles) 개발, 온 몸의 표적 병원균이나 항원 및 필요 없는 불순물들을 낚아채 동맥에 투입한 별도의 자철광 디바이스에서 제거, 앞으로 나노입자+자철광+수용체 또는 항체의 컨버전스 나노기계 개발에 도전, 어떠한 병도 치료, 기계들이 피 속을 돌아다니며 병을 치료하는 공상과학의 비전이 현실로 다가와(15/Dec/2003)]

3. 연구 성과와 기대 - 정말 쥐의 뇌가 재생되면 인간의 손상된 뇌도 재생 가능한가? 쥐와 인간의 유전자는 80%가 같아

연구팀은 또 신경 줄기세포가 뇌경색 부위까지 안착하게 되는 과정을 처음으로 추적해냈다. 쥐의 정맥 혈관 속에 주입된 인간 신경 줄기세포는 혈관을 타고 이동하다가 뇌경색이 일어난 뇌의 혈관세포와 결합한 뒤 혈관 벽을 파고들어가 뇌 경색 부위로 이동했으며, 이후 신경세포로 분열해 뇌세포를 재생시켰다. 이 과정이 인체에서도 유사하게 일어날 경우, 줄기세포 이식을 통한 뇌세포 손상질환의 치료가 앞당겨질 것으로 보인다.

그렇게 보는 이유와 기대는 어떤 이론적 배경을 바탕으로 하는가? 왜 우리는 대부분의 실험에 쥐를 이용하는 것일까? 이게 바로 답이다. 2002년 12월 4일 국제쥐게놈서열컨소시엄(The international Mouse Genome Sequencing Consortium)은 공동연구 끝에 쥐 게놈지도 초안(95%) 및 쥐와 인간 유전자의 분석비교를 작성, 과학잡지 네이처 5일자(Nature - 무료 접속 가능) 사이트를 통해 일반에 공개하고 쥐와 인간의 유전자가 최소 80%는 똑같고, 99%가 인간과 유사하다고 밝혔기 때문이다(01766-02-03).

[그림 : 쥐의 염색체]

인간의 유전자와 80%가 같으니, 쥐를 대상으로 실험을 한 결과 뇌세포가 재생되면, 인간을 대상으로 임상시험을 할 경우도 80%가 재생된다는 가정을 두고 있는 것이다. 그러나 만약 우리 인간의 유전자와 98.8%가 같은 원숭이나 침팬지를 대상으로 실험을 하면 어케되는가? 그 결과는 쥐보다 엄청날 것이다. 그래서 수많은 국가가 영장류연구센터를 세우고 이들을 연구하는 것이다. 한국도 2004년 7월에 대전의 대덕단지에 영장류연구센터를 건립했다. 많은 분들이 다들 아시다시피 한국의 황우석 교수와 미국 피츠버그대학의 제럴드 섀튼(55) 교수가 공동으로 2004년 12월 7일에 원숭이 체세포 복제 배아 생산에 성공했으며, 이들은 2005년에 원숭이 개체 복제에 도전하는데 그 이유는 바로 인간과 원숭이의 유전자가 98.8% 같다는데 있다. 원숭이를 대상으로 실험하여 다양한 줄기세포나 약을 개발한다면 이 또한 게임은 끝나는 것이다. 

[참조]

[쥐 게놈지도 완성 - 유전자 80%가 인간과 똑 같고 99%가 인간과 비슷, 쥐를 실험한 인간의 질병 연구진전에 획기적 발판 - 인간의 뇌 세포를 이식한 인간 쥐가 나온다면(04/Dec/2002)]
[인간(Human)과 침팬지(Chimps)의 유전자는 98.8%가 같고, 조상은 같지만, 인간은 침팬지에게는 없는 듣고(Hearing), 말하고(Speech), 냄새 맡고(Olfaction), 두뇌의 신경 축색 성장을 돕는, 뼈의 구조를 형성케 하는, 그리고 아미노산의 리사이클링을 돕는 차별화 유전자가 가속화 진화를 거쳐 결국 사람을 인간으로 만들었다는 사이언스지의 보도, 인간의 시작점을 밝혀 낼 수 있을까?(22/Dec/2003)]

4. 인간을 위해 죽어가는 쥐? 원숭이? 돼지? 동물들?? 매년 10월 15일은 동물의 날? 제사 지내는 날?

그런데 그간 인간을 위해 가장 많이 희생된 동물은 바로 쥐들이다. 앞으로 조만간 수많은 원숭이들이 희생당할 것이다. 그래서 전세계 보건기구와 식품의약청은 매년 10월 15일을 그간 인간을 위해 희생된 동물들을 위해 제사 지내는 날로 정했는데, 여러분은 이 사실을 알고 있는가? 한국은 2004년 10월 29일에 동물제를 올렸다.

물론 많은 분들이 모를 것이다. 10시에 사이렌을 울리지 않으니.....ㅎㅎㅎㅎ

[소스]

[동아일보 - 주봉건 박사, 뇌신경세포 ‘분화의 열쇠’ 찾아내, 서울대 윤병우 교수, 인체줄기세포로 ‘뇌경색 쥐’ 치료(19/Dec/2004)]
[세계일보 - 줄기세포 이용 뇌질환 치료 전기 마련. 서울대 윤병우 교수팀 '신경줄기세포→뇌세포 분화'과정 최초 확인(20/Dec/2004)]

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