과학자들은 뇌 오가노이드의 성장을 자동화하는 새로운 플랫폼을 보여주는 Scientific Reports에 발표된 새로운 연구를 발표하여 신경과학자 연구에 향상된 유연성과 품질 관리를 제공한다.

"장기 실험, 재현성, 병렬화 및 종단 분석에 대한 요구가 증가함에 따라 세포 배양이 자동화로 향하고 있다."라고 캘리포니아대학교 산타크루즈 캠퍼스의 연구원들은 썼다. "이 연구는 사물인터넷을 통해 다른 제어 및 감지 장치와 함께 존재할 수 있는 오가노이드의 성장 및 유지를 위한 자동화된 미세 유체 솔루션을 보여주며 자동화된 실험을 위해 정밀 로봇 공학을 활용할 수 있는 능력을 확대한다."

신경과학에서 가장 큰 도전 중 하나는 연구를 수행할 살아있는 인간의 뇌를 갖는 것이다. 신경과학자들은 인간의 뇌, 중추신경계, 신경계 및 정신 장애를 연구하여 잠재적인 치료법을 발견한다. 인간 줄기 세포로 구성된 3D 뇌 유사 구조인 뇌 오가노이드는 뇌 질환 및 장애를 연구하고 잠재적인 약물 및 치료법을 테스트하는 방법을 제공한다.

뇌 오가노이드의 역사는 비교적 최근의 일이다. 2006년 2012년 노벨 생리의학상을 수상한 과학자 Shinya Yamanaka와 Kazutoshi Takahashi는 유도만능줄기세포(iPSC)를 처음으로 개발했다. 듀오는 생쥐의 성숙한 피부 세포에 네 가지 전사 인자를 적용하여 실험실에서 줄기 세포를 만들었다. 전사 인자는 유전자 발현을 조절하는 역할을 하는 분자이다. 전사 인자는 일반적으로 단백질이지만 비암호화 RNA로 구성될 수도 있다. Yamanaka와 다른 사람들은 2007년에 이 기술이 인간의 피부 세포에 효과가 있음을 입증했다.

뇌 오가노이드를 포함한 최초의 3차원 세포 또는 오가노이드 클러스터는 iPSC를 사용하여 2009년에 등장했다. 10년 후인 2019년, 100개의 줄기 세포 유래 인간 뇌 오가노이드 페이로드가 신경 질환에 대한 이해를 높이고 미세 중력이 신경 발달에 미치는 영향을 평가하기 위해 Space Tango와 협력하여 캘리포니아 대학교 샌디에이고 연구원이 국제 우주 정거장으로 보냈다. 연구원들은 "우리는 3D 오가노이드 성장을 최적화하기 위해 자동화된 미세유체 세포 배양 플랫폼인 "자동 배양" 플랫폼을 개발했다.

Autoculture 플랫폼은 개별적으로 제어할 수 있는 24개의 웰, 제어 인터페이스, 냉장 시약 저장소, 주사기 펌프, 분배 밸브, 수집 저장소 및 인큐베이터가 있는 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 만든 미세유체 오가노이드 칩으로 구성된다. PDMS는 유연성, 내산화성 및 내열성 특성을 고려할 때 신경 줄기 세포 행동 연구에 적합한 실리콘 유형이다. Autoculture는 Amazon Web Services(AWS) 클라우드와 사물인터넷(IoT) 통합 기능을 갖추고 있다. 필요에 따라 실험을 시작, 모니터링, 중지, 일시 중지, 편집 및 설계하는 데 사용하여 원격으로 작동할 수 있다.

"자동 공급을 통해 세포 배양 배지의 농도 변동을 줄임으로써 배양은 더 큰 항상성을 경험할 수 있다."고 연구원들은 보고했다.

연구원들은 Autoculture에서 생산된 오가노이드의 스트레스 수준과 전통적인 현탁 배양 환경을 비교했다. 과학자들에 따르면 그들의 플랫폼은 스트레스 수준이 적은 오가노이드를 생산한다.

연구원들은 "대뇌 오가노이드 모델에서 스트레스 수준을 줄이는 것은 생리학적 관련성을 달성하는 데 중요하다."라고 썼다. "당분해 효소 발현 감소로 측정한 바와 같이, Autoculture 플랫폼의 환경은 기존의 현탁 배양 조건에 비해 오가노이드의 스트레스를 감소시킨다."

뇌 오가노이드 생산 자동화에 대한 이 개념 증명은 미래의 신경과학 연구 및 발견을 가속화하기 위한 정밀 로봇공학의 길을 열어준다.