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뇌세포의 손상은 회복 가능하다?: 냉동인간은 재생될 수 있는가

9월 29일 업데이트됨

전 세계 약 250명이 냉각 캡슐로 들어가는 약속 없는 죽음을 택했습니다. 그들은 연회비 200달러와 사망 시 전신 냉동 보존료 10만 달러, 두부(頭部) 냉동 보존료 3만 5000달러를 지불해야합니다. 쉽사리 내기 힘든 금액을 내고 냉각이 되는 것을 택하는 것은 왜일까요? 사망 직후 혹은 불치병에 걸린 상태인 사람들, 그 중에서도 먼 미래에 자신을 소생시켜줄 수 있는 과학기술이 발전할 것이라고 믿는 사람들이 계약을 합니다. 계약자들의 신원은 극비로 부쳐집니다. 그러나 냉동 인간이 되기로 선택한 영국 말기 암 환자 14세 소녀가 냉동 보관을 반대하는 아버지에 맞서 승소한 이야기 등 사람들의 흥미를 끌지 않을 수 없습니다. 사람들은 과연 냉동인간이 신빙성이 있는 이야기인 지, 지금까지 냉각 캡슐로 들어가는 것을 선택한 자들은 과연 제2의 삶을 살 수 있을지 궁금증을 가집니다.

냉동 보존 기업 중 하나인 Cryonics의 냉각 캡슐들

‘금붕어 급랭 실험’과 정자 은행처럼 세포 및 개체 냉동 보존이 가능한 일이니 유사한 방식으로써의 냉동 보관 역시 신빙성 있는 일일 지도 모릅니다. 반면에, 인간을 냉동보관하기 위해 혈액 대신 혈관에 채워 넣는 부동액의 성분이 과연 인체에 유해하지 않을 지와, 세포를 손상시키지 않도록 균등하게 얼리는 것이 가능할지의 의문이 냉동 보존에 대해 의혹을 제기하게 합니다. 이처럼 냉동인간의 가능성을 두고 갑론을박하고 있는 와중, 가장 핵심이 되는 것은 과연 냉동과 해동 과정에서 세포의 손상은 어떻게 해결할 것인지에 관한 것입니다. 해동이 되었을 때 기억이 과연 유지될 것인지와 뇌세포의 손상은 어떻게 회복할 것인지에 대해서 염려하는 학자들이 대부분입니다.


과연 냉각 보존이 가능한 일인지의 여부를 떠나, 뇌세포의 손상이 회복 가능할까요? 이에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있는 요즘, 주목할 만한 연구결과를 소개해드립니다.


새 뉴런이 거의 자라지 않는다?

여러 동물실험을 통해 뇌에서 기억과 학습을 담당하는 해마 부위에서 줄기세포에 의해 새 뉴런이 만들어지며 신경회로가 변화한다는 통설이 받아들여져 왔다. 실험쥐가 뉴런 생성 기능을 잃은 후 학습과 기억 능력이 크게 떨어졌다는 연구결과도 존재합니다. 뇌는 신경회로를 끄거나 다른 신경세포와의 연결을 강화하는 식으로 끊임없이 진화하는 것으로 생각되어 왔습니다.

이와는 대조적으로 사람의 뇌에서는 다른 동물과 비교했을 때 새 뉴런이 거의 생성되지 않는다는 내용의 연구가 미국 캘리포니아대학교의 아르투로 알바레스부이야 교수 연구진에 의해 밝혀졌습니다. 그들은 사망자와 뇌전증 환자 등 59명의 뇌를 대상으로 해마 부위의 신경세포 중에서 새로 생겨난 것은 얼마나 되는 지를 직접 확인했습니다. 그들의 연구에서 태아와 갓난아기에게 신생 뉴런은 다량으로 발견되었지만, 그 후 급격히 줄어들어 18세 이상에서는 신생 뉴런을 발견할 수 없었습니다. 갓난아기의 경우에는 해마 조직 1㎟당 1618개나 있었던 신생뉴런이 13살 때에는 2개가량 발견되었으니, 어른에게서는 뉴런이 새로 생기지 않는다는 것이 사실일 수도 있겠습니다.


왼쪽부터 갓난아기, 13살, 35살의 해마 부위 영상의 일부. (새로 생겨난 신경세포는 녹색)

어른이 되어도 어느 정도의 새 뉴련이 생긴다는 지식은 21년 전, 미국 소크연구소의 연구진의 연구결과에 의한 것이었습니다. 더 나아가, 2013년에는 탄소연대측정법을 응용하여 사망자의 해마에서 뉴런 생성 시기를 구했을 때 많은 뉴런이 생애 내내 생성된다는 연구결과가 <Cell> 지에 발표되었던 적이 있습니다. 어느 쪽이 더 사실에 가깝던, 추후 연구를 통해서 뒷받침할 수 있는 결과가 나와야할 것입니다.


그렇다면 성인동안 새 뉴런이 거의 자라지 않는 것이 사실이라면 어떤 의미가 있는 것일까요? 먼저, 사고 및 학습, 기억의 과정에 대한 연구가 더 활발하게 이루어질 것입니다. 뉴런과 뉴런이 이루는 신경회로가 어떻게 만약 다른 포유동물과 달리 인간은 새로운 뉴런의 생성이 거의 일어나지 않는 것이라면, 그 특징이 어떻게 인간의 사고 능력에 영향을 끼치는 지의 연구가 이루어져야 합니다.


성상 세포를 통해서 신경세포의 치료와 재생이 가능하다?

성상세포는 신경교세포의 일종으로, 신경세포에 영양분을 공급하고 활동을 도울 뿐만 아니라 물질대사에 관여하는 과정을 통해 손상된 세포 조직을 보수한다고도 알려져 있습니다. 특히 뇌에서 성상세포의 역할은 혈관내피세포와 근접하게 위치하여 뇌혈관관문 구조를 형성하는 것입니다. 신경세포간의 상호작용 및 신경세포와 혈관세포간의 상호작용 등에 직접, 간접적으로 상관관계가 있습니다. 특히 글루타민합성효소를 있어서 글루탐산을 독성이 없는 글루타민으로 전환시켜 신경세포에 공급하기도 합니다.


왼쪽부터 갓난아기, 13살, 35살의 해마 부위 영상의 일부. (새로 생겨난 신경세포는 녹색)

독일 루트비히 막시밀리안 대학의 연구팀이 ‘신경과학회 연례회의’에서 성상세포를 통한 신경세포 회복의 가능성을 제기했습니다. 그들은 쥐를 대상으로 신경세포 재프로그래밍 실험을 실시했는데, 성상세포가 손상된 신경세포를 회복시키고, 다른 신경세포를 만들어내는 징후를 발견했습니다.


신경세포 치료가 가능하다면, 후속적으로 성상세포의 기능에 대한 더욱 자세한 연구가 이루어져야합니다. 성상세포가 여러 신경세포를 연결하는 접착제 역할 이상으로 어떤 역할을 하는 것일까요? 이 연구 결과가 밝혀진 이후 많은 뇌과학자들이 성상세포를 재프로그래밍하는 과정을 통해서 손상된 신경세포의 치료하는 것에 주목하고 있습니다. 손상된 신경세포의 치료가 가능하다는 것은 알츠하이머 등 불치병으로 여겨지고 있는 다양한 뇌질환 등의 치료 가능성을 말해줍니다.



‘미지의 세계’라는 말이 어울릴 정도로 아직까지 우리의 뇌에 대한 이해는 너무나 부족합니다. 여러 연구결과들은 서로의 연구를 지지하기도 하지만 서로 반대되어서 어느 쪽을 믿어야하는 지의 여부가 불확실한 경우도 허다합니다. 과연 우리가 뇌를 온전히 이해하게 되는 날이 올까요? 한편으로는, 현재의 과학기술은 과거의 우리가 쉽사리 예상할 수 없는 정도로 발전했기 때문에 미래에도 우리가 감히 상상할 수도 없는 수준의 과학기술이 발전하여 냉동인간이 가능하게 될 지도 모르겠다고 상상해봅니다.




<참고자료>

[1] 냉동인간 선택한 英 14세 소녀, 200년 후 깨어날 수 있을까

http://m.dongascience.donga.com/news.php?idx=15093

[2] 손상된 뇌세포 ‘치료 길’ 열렸다

https://www.sciencetimes.co.kr/?news=%EC%86%90%EC%83%81%EB%90%9C-%EB%87%8C%EC%84%B8%ED%8F%AC-%EC%B9%98%EB%A3%8C-%EA%B8%B8-%EC%97%B4%EB%A0%B8%EB%8B%A4

[3] [책의 향기]“뇌 세포 손상되면 끝? 자연 복구 능력 있다”

http://www.donga.com/news/article/all/20180414/89606198/1

[4] 손상된 뇌세포 회복할 수 있을까?

https://www.scienceall.com/%EC%86%90%EC%83%81%EB%90%9C-%EB%87%8C%EC%84%B8%ED%8F%AC-%ED%9A%8C%EB%B3%B5%ED%95%A0-%EC%88%98-%EC%9E%88%EC%9D%84%EA%B9%8C-2/

[5] 뇌과학계 슈퍼스타 된 ‘성상세포’

http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=30932

[6] Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults

https://www.nature.com/articles/nature25975%C2%A0


<이미지>

[1] Cryonics Institute freezes dead for ‘reanimation’

https://www.metrotimes.com/detroit/mi-cryonics-inst-freezes-dead-for-reanimation/Content?oid=2203268&showFullText=true

[2] 샌프란시스코 캘리포니아대학교 제공, “어른 뇌에서도 새 뉴런이 자란다?”…20년 통설 ‘흔들’

http://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/837639.html#csidx6e31b86f558db119a4a36a519e284bc

[3] 뇌과학계 슈퍼스타 된 '성상세포'

http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=30932


Bio 학생기자 최하영

2019년 가을호

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뇌과학, 신경학


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