뇌를 투명하게 만들어 약물중독에 관한 뇌 회로를 밝히다 Nature News



약물중독과 공포반응에 관련하는 뇌 회로의 3차원 구조를 밝히다.

Transparent brains reveal effects of cocaine and fear

Sara Reardon

2014.11.18


쥐의 뇌를 투명하게 만드는 기술을 이용하여 뇌 전체가 코카인 중독 및 공포에 어떻게 반응하지를 밝혀 내었다. 이 연구를 통해 마약에 반응하는 뇌 회로가 새로이 발견되었다.


CLARITY라 불리는 이 기술은 일단 뇌에 아크릴아마이드(arylamide)를 주입하여 세포 내 화학적인 그물망을 형성, 세포 내 DNA 및 단백질들의 구조를 보존한다. 그 후 계면활성제의 처리를 통해 빛의 투과를 막는 주요 물질인 지방을 녹여내고 나면 뇌 내의 세포들은 완벽하게 투명해 진다.


뇌를 투명하게 만드는 기술(CLARITY) 출처: CLARITY Wiki


신경과학자인 Li Ye과 Karl Deisseroth(Stanford University in Califonia)는 이 새로운 기술이 자극에 대한 뇌의 반응을 보여주는데 쓰일 수 있는지를 검증하고자 하였다. 그들은 활성화될 때마다 형광단백질(fluorescent protein)을 발현하는 신경세포를 가진 형질전환 쥐(engineered mouse)를 만들고 이 쥐 네 마리를 훈련시켜 특정한 상자에 들어가면 발바닥에 전기충격에 의한 고통이 가해질 것이라 예상하도록 만들었다. 이 상자에 들어간 다른 군의 쥐들에게는 전기충격 대신 코카인이 주어졌다.


형질전환 쥐들이 상자와 고통, 혹은 코카인 간의 연관성에 대해 학습이 완료되면 연구자들은 이 동물의 뇌가 자극에 어떻게 반응하는지를 연구하였다. 그들은 학습이 끝난 쥐에게 신경세포의 형광단백질 발현 시스템을 활성화할 수 있는 약물을 주입하고 나서 이 쥐들을 상자 안에 넣고 신경 활성화에 충분한 시간을 주기 위해 한 시간을 기다렸다.


그 후 이 동물들의 뇌를 적출하여 CLARITY 처리를 하고 뇌 전체에서 형광단백질을 발현하고 있는 세포들을 검출할 수 있는 장비를 이용하여 이미지를 얻어내었다(비디오를 보라). 컴퓨터를 통해 이 이미지들을 합성하여 뇌의 3차원 모델을 얻어낼 수 있었다. 밝게 빛나고 있는 부위가 바로 공포나 코카인에 관여하는 뇌 내 경로(pathway)이다.


Deisseroth는 중독과 같은 복잡한 행동양식은 뇌의 단일 부위가 아닌 여러 부위 간의 연결과 상호작용에 의해 나타난다는 것이 갈수록 명확해지고 있다고 말한다.


Ye는 이 연구결과를 11월 14일 메릴렌드 주의 베데스다에서 약물 오남용을 주제로 열린 미국국립보건원 학술회의에서 발표하였다. 그는 그의 연구진이 그들이 발견한 이 경로를 빛을 통해 활성화시켰을 때(*Optogenetics를 이용한 실험을 말하는 것 같습니다) 실제로 쥐에게 공포감이나 행복감이 유발되는지 확인하는 실험을 진행 중이라고 말했다. END






덧글

  • 2014/11/19 16:25 # 답글 비공개

    비공개 덧글입니다.
  • 2014/11/20 13:37 # 비공개

    비공개 답글입니다.
  • 2014/11/21 09:47 # 비공개

    비공개 답글입니다.
  • 2014/11/23 20:56 # 비공개

    비공개 답글입니다.
  • 2014/11/23 21:10 # 비공개

    비공개 답글입니다.
  • 2014/11/24 22:06 # 비공개

    비공개 답글입니다.
  • 퍼렁머리 2014/11/19 17:03 # 답글

    살아있는 상태로 뇌를 투명하게 만들 수 있다는게 신기하네요... 좀 끔찍하기도 하고

    실제 투명해진 뇌는 http://noggin.pdn.cam.ac.uk/home/uploads/Main/clarityfinal.jpg
    이 정도 까지 투명해지는 듯
  • hyunyi 2014/11/20 13:35 #

    아.. 살아있는 상태는 아니고요...; 위 기사에 나와있는 것 처럼 자극을 주고 나서 한 시간 후에 쥐를 죽이고 뇌를 분리하여 투명화시키는 것입니다.^^ 공식 Wiki page(http://wiki.claritytechniques.org/index.php/Main_Page)에 가시면 더 많은 이미지들을 보실 수 있습니다. 특히 형광 이미지의 경우 신경세포의 축삭 및 수상돌기까지도 매우 선명하게 보이는게 압권이죠. (-_-)b 댓글 감사드립니다~!
  • 퍼렁머리 2014/11/26 00:15 #

    그렇군요. 한시간정도면 자극이 가해진지 꽤 지난 뒤인거 같은 느낌인데도 분석할만한 반응이 많이 나타나나보네요. 자세한 자료 감사합니다
  • hyunyi 2014/11/26 17:09 #

    저야 말로 관심 가져주심 감사 드립니다.^^ 실제로 관측되는 건 신경세포의 활성화 상태(이건 말씀대로 밀리초 정도면 끝나겠죠...)가 아니라 GFP라는 형광 단백질입니다. 활성화된 신경세포에서 이 단백질이 만들어지게 유전적으로 변형한 쥐를 이용한 건데, 보통 GFP는 세포 내에서 반감기가 24시간 정도 되고요, 요즘 개량된 GFP들의 경우에는 수명이 더 긴 것도 있습니다. 때문에 신호가 사라진 이후에도 형광이 유지되어 '활성화 되었던 신경세포들'을 볼수 있는 거죠.^^
  • 人間探究生活 2014/11/20 02:32 # 답글

    amygdala 가 관련있나요?
  • hyunyi 2014/11/20 13:35 #

    아.. 글쎄요...^^; 3D 이미지 상으로는 편도핵 부분도 활성화 된 것 처럼 보이기는 하는데 기사 상으로는 자세한 설명은 없어서 잘 모르겠습니다. 아마 기사 내용으로 봤을 때는 지금 optogenetics를 이용, 조작적인 방식을 통해 검증을 하고 있는 것 같고요, 아직 논문은 나오지 않은 상황인 것 같습니다. 댓글과 관심, 감사드립니다!^^
  • 빛꿀 2016/01/13 00:30 # 삭제 답글

    와 엄청납니다... CLARITY 기술.. 이걸 한국인이 개발에 동참했다는 게 놀랍네요. 이제 뇌의 한 부위가 아닌 전체 circuit을 보겠군요. 뇌과학은 무궁무진한것 같습니다..
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