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그 모형은 신경 세포의 죽음을 포함해서, 알츠하이머 병리학을 온전히 복제한다. 알츠하이머병의 병리학을 복제하는 첫번째 배양 시스템을 개발했던 연구진이, 뇌 세포의 죽음으로 이어지는 중요한 생물학적 반응인 신경 염증(neuroinflammation)을 포함하는 시스템을 만들었다. 그들은 신경세포들을 둘러싸고 지지할 뿐만 아니라, 일부 면역계 기능도 제공하는 교질 세포(glial cells)를 이 모형에 통합시켰다. 그들의 원래 ‘접시 안의 알츠하이머(Alzheimer's in a dish)’ 시스템은 알츠하이머 병을 가진 환자들의 뇌에서 전형적으로 보이는 플라크(plaques) 와 엉킴(tangles)을 보여주지만, 신경 염증은 포함하지 않았다. 연구에 따르면, 뇌에 플라크와 엉킴이 많아도 증상이 없을 수 있지만, 신경 염증이 시작되면, 기하급수적으로 더 많은 신경 세포들이 죽게 되고 치매로 이어지는 인지 장애가 유도된다. 따라서 완전한 알츠하이머 병 모형은 이를 포함할 필요가 있다. 이전 연구에서, 그들은 조기-발생 가족력 알츠하이머 병(familial Alzheimer's disease, FAD)과 연관된 유전자 변이를 가지는 인간 신경 세포들에서 아밀로이드 베타 플라크(amyloid-beta plaques)와 신경 섬유 엉킴(neurofibrillary tangles)의 형성을 유도하기 위해서 젤-기반의 삼차원적 배양 시스템을 이용했다. 그 연구는 아밀로이드 축적이 tau 단백질의 병적 형태를 포함하는 엉킴(tangles)을 형성하는데 필수적 첫번째 단계라고 확인했다. 개조된 모형은 두 개의 둥근 공간을 가진 미세유체 장비(microfluidic device)를 이용한다: 한 공간이 다른 하나의 안쪽에 있는데, 바깥쪽 공간에서 아밀로이드가 있는 안쪽 공간으로 연결된 채널을 통해서 소교세포(신경계 면역 세포들로 기능하는 교질 세포)의 이동을 측정한다. 이번 연구에서 연구자들은 ‘접시 안의 알츠하이머 병’ 시스템을 이용해서 미세 유체 장비의 중심 공간에서 FAD 변이를 가진 신경계 세포를 배양했다. 몇 주 안에, 신경세포들을 지지하고 절연하는 교질 세포인 성상 세포들과 신경 세포들이 포함하는 아밀로이드-베타와 tau의 수준이 높아지고, 알츠하이머 병에서 보이는 신경 염증에 기여하는 것으로 알려진 염증 인자도 높아졌다. 외부 공간에 추가된 인간 소교 세포는 곧 구조 변화를 보여 활성화를 나타내고 채널을 통해서 안쪽 공간으로 이동했다. 안쪽 공간에 도달한 소교 세포는 신경 세포를 직접 공격해서 구조에 가시적인 손상을 입혔고, TNF-alpha, IL-6, IL-8와 같은 염증 인자가 크게 높아졌다. 6일 후에 중심 공간에 있던 신경 세포 및 성상 세포의 20퍼센트가 죽었다. 그들은 또한 소교 세포에 있는 두 가지 수용체들—interferon receptor gamma와 toll-like receptor 4—을 억제하는 것이 신경 염증을 막을 수 있다는 것을 알아내서, 약물 개발을 위한 새로운 기회를 열었다. 이 시스템은 치매로 이어지는 병적 사건들의 시간표를 이해하는 것을 돕고 플라크 축적과 신경 섬유 엉킴의 형성, 그리고 결과적인 신경 염증을 막는 약물을 스크리닝할 수 있게 해줄 것이다. |
