미니 신경 회로망은 인간 대뇌를 모방합니다.

미니 신경 회로망은 인간 대뇌를 모방합니다.

자기 조직화되고 복잡한 신경망 활동이 뇌 기관지에서 관찰되었습니다. 인위적으로 성장한 인간의 두뇌 대뇌와 유사한 3D 조직 배양 물입니다. 이러한 유기체는 신경 정신병의 근본적인 메커니즘뿐만 아니라 기억과 의도와 같은 다양한 뇌 기능에 대한 우리의 이해를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

줄기 세포 기술의 최근 발전으로 인해 연구자들은 인간의 다 능성 줄기 세포 (hPSCs)에서 대뇌 조직을 3D로 만들 수있었습니다. 대뇌 organoids는 신경 구조에서 편성 된 조립 된 활성화 한 세포를 포함하는 두뇌에있는 가장 크고 가장 복잡한 조직 인 대뇌의 동일한 건축술 그리고 생리학이있다. 이 유기체에 대한 좋은 점은 뇌의 발달을 모방 한 것이므로 대뇌의 발달을 모델화 할뿐만 아니라 소두증, 아교 모세포종 및 티모시 증후군과 같은 뇌 관련 질환도 대뇌를 대체 할 수 있다는 것입니다.

일본 교토 대학의 iPS 세포 연구 및 응용 센터 (CiRA) 센터 의 Jun Takahashi 가 이끄는 연구원 들은 실험실에서 성장한 대뇌 조직체의 개별 뉴런 사이의 네트워크 및 연결에서 동기화되고 동기화되지 않은 활동을 이미 이미지화했습니다. 동기화 된 신경 활동은 기억을 포함하여 다양한 뇌 기능을 담당합니다.

대뇌의 발달 과정을 모방
연구진은 대뇌 발달에 필요한 환경을 모방 한 배지에 세포를 놓음으로써 hPSC의 공에서 활성 대뇌 유기체를 성장시켰다. 그들은 SFEBq (신속한 재 응집과 함께 배아 체형 응집체의 무 혈청 부유 배양)를 통해 유기체를 생성 하였다. 이 방법은 줄기 세포 개척자 인 Yoshiki Sasai에 의해 개척되었으며 현재이 조직을 생산하는 가장 일반적인 절차 중 하나입니다.

"이 organoids의 가장 흥미로운 특성 중 하나는 실제로 그들이 뇌의 발달 과정을 그들의 형태로 되풀이한다는 것입니다." 라고이 새로운 연구의 연구원 인 Hideya Sakaguchi는 말한다. "이 층 구조는 매우 아름답고 실제 뇌 조직과 비슷합니다."

연구팀은 유기체를 70-100 일 동안 배양하여 단일 세포로 분리 한 후 다른 배양 접시에 뿌렸다. 전파 된 세포는 자기 조직화 된 형태로 신경 네트워크를 만들었다 고 Sakaguchi는 말했다.

동기화 된 버스트
연구진 은 현장에서 모든 신경 세포 의 칼슘 이온 (Ca 2+ )의 활성을 측정하고 1000 개 이상의 세포의 활동을 반영하는 패턴의지도를 만들었다. Ca 2+ 의 농도는 신경 활동 중 변동하고 비정상적인 Ca 2+ 신호는 간질 및 알츠하이머 병과 같은 뇌 질환에 연루된 것으로 생각됩니다. 이런 방식으로 세포 내 칼슘 역학을 영상화함으로써 사카구치 (Sakaguchi) 등 연구팀은 네트워크의 세포가 자발적인 활동으로 동기화 된 파열을 보임을 보여 주었다.

연구팀은 칼슘 때 생성 형광 감지하는 공 초점 또는 다중 광자 현미경을 사용하여에 의존 자신의 organoids에 신경 활동을 측정하기 위해 인기있는 기술을 사용 2+ 이온이 신경 세포에서 칼슘 지표로 결합합니다.

Sakaguchi는 "우리는이 방법을 사용하여 연결 네트워크의 모양을 감지하고 그 기능과 관련시킬 수 있기 때문에이 방법을 선택했습니다. "이 기술을 우리의 고차원적인 분석 방법과 결합하면 동기화되거나 비 동기화 된 네트워크 클러스터를 시각화하고 동기화 된 클러스터를 여러 개의 작은 클러스터로 나누어 셀 배포에 대한 정보를 제공 할 수 있습니다."

윤리적 인 우려
실험실에서 인공 두뇌가 성장하는 것은 민감하지 않은 연구 분야이며, 많은 사람들이 윤리적 문제에 대한 우려를 제기했다고 말하고 있습니다. 예를 들어,이 대뇌 기관의 신경 기능에 관한 것입니다. 이러한 구조는 뇌의 발달 과정을 모방하기 때문에 미래의 의식과 같은 정신 활동을 얻을 수 있습니까? 다카하시와 사카구치는 단순히 유기체가 주위 환경으로부터 감각적 인 입력이 부족하기 때문에 생각하지 않습니다. 철학자 힐러리 퍼트 남 (Hillary Putnam )이 제안한 유명한 "뇌에서의 두뇌"사고 실험 은 여전히 ​​과학 소설의 영역에 안전하게 존재합니다.

"의식은 주관적인 경험을 필요로하며, 감각 조직이없는 대뇌 조직은 감각 입력 및 운동 입력을 갖지 않을 것"이라고 CiRA가 발표 한 보도 자료에서 Sakaguchi는 말한다. "그러나 입력 및 출력 시스템을 갖춘 대뇌 organoid가 도덕적 배려가 필요한 의식을 개발하면 이러한 대뇌 organoids의 기본 및 응용 연구는 엄청난 윤리적 도전이 될 것입니다."

세 가지 주요 응용 분야
우리와 같은 유기체 연구는 앞으로 Physics World 에 3 가지 주요 응용 분야가있을 것입니다 . 첫 번째는 약물 발견에 있습니다. "우리의 분석 기술은 동물 모델에 의존하는 기존의 약물 평가 방법을 대체하고자하는 제약 회사에게 유용 할 수있는 비정상적인 신경 네트워크 활동을 유발하는 약물의 최소 투여 량을 검출 할 수있게 해줍니다."

연구의 두 번째 영역은 신경 정신병 장애 (특히 복잡하고 현재 치료가 불가능한 것들)의 모델링에 있으며 세포 활동 패턴을 분석하여 신경 활동을 저하시키는 것들을 더 잘 이해한다고 그는 말합니다. 궁극적으로 이것은 환자 유도 유도 성 다 능성 줄기 세포 (iPSCs)를 사용하여 신뢰할 수있는 정신 질환 모델로 이어질 수 있습니다.

세 번째 영역은 재생 의학을 포함합니다 - 예를 들어, 뇌출혈, 뇌경색 또는 신체적 외상과 같은 특정 질병으로 인한 뇌 기능의 상실을 개선하기위한 시도.