GenX 노출에 따른 대뇌 오가노이드의 성장 및 신경망 형성 저해 연구 모식도. KIT 기존 과불화화합물(PFAS)을 대신해 개발한 ‘GenX’가 사람의 뇌 발달을 모사한 대뇌 오가노이드의 성장과 신경망 형성을 방해할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 국가독성과학연구소(KIT) 융합독성연구센터 가민한·현성애 박사팀은 인간 배아줄기세포로 만든 대뇌 오가노이드에 GenX를 노출해 발달신경독성을 분석했다고 12일 밝혔다. PFAS는 물과 기름에 잘 젖지 않고 열과 화학물질에 강해 코팅제와 섬유, 포장재 등에 널리 쓰인다. 하지만 자연에서 쉽게 분해되지 않고 환경과 생물체에 오래 남아 ‘영원한 화학물질’로 불린다. GenX는 대표적인 PFAS인 과불화옥탄산(PFOA)을 대체하기 위해 2009년 도입한 물질이다. 제조시설에서 배출된 뒤 하천과 지하수, 토양, 대기 등으로 퍼지며 오염된 식수나 농축수산물을 통해 인체에 들어올 수 있다. 동물실험에서는 GenX가 간과 췌장, 신장 손상과 산화스트레스, 발생 이상을 일으킬 가능성을 보고했다. 그러나 사람의 뇌 발달에 미치는 영향과 독성 작용 과정은 충분히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 인간 배아줄기세포를 3차원으로 배양해 태아기 대뇌피질의 발달 과정을 모사하는 대뇌 오가노이드를 만들었다. ‘미니 뇌’로 불리는 대뇌 오가노이드는 신경전구세포가 증식하고 신경세포와 교세포로 분화하는 과정을 재현한다. 바다이야기 pc버전 다운 연구팀은 신경세포 확장기부터 성숙기까지 대뇌 오가노이드에 GenX 10마이크로몰(μM)과 100μM을 지속해서 노출했다. 이어 조직 크기와 세포 구성, 시냅스 형성, 전기적 활동, 유전자 발현을 분석했다. GenX에 노출한 오가노이드는 농도가 높아질수록 성장이 둔화했고 크기는 대조군보다 최대 35% 작아졌다. 신경세포와 교세포로 분화하는 증식성 신경전구세포도 최대 26% 감소했다. GenX 노출 농도에 따른 대뇌 오가노이드 크기 비교. KIT 연구팀은 처음에는 세포사멸 때문에 오가노이드가 작아졌다고 추정했다. 하지만 세포사멸 분석에서는 대조군과 GenX 노출군 사이에 뚜렷한 차이가 나타나지 않았다. 연구팀은 신경전구세포가 모여 있는 뇌실대와 신경로제트를 추가로 분석했다. GenX 노출군에서는 신경로제트의 직경과 뇌실대 면적이 모두 줄었다. GenX가 세포를 직접 죽이기보다 신경전구세포의 증식과 분화를 방해해 뇌 조직의 성장을 억제한 것이다. GenX는 신경세포와 성상교세포 생성에도 영향을 미쳤다. 배양 40일째 오가노이드에서 성숙 신경세포 표지자인 NeuN은 최대 55.6%, 성상교세포 표지자인 GFAP는 최대 82.7% 감소했다. 대뇌피질 심부층 신경세포 표지자인 CTIP2도 최대 80.7% 줄었다. 성상교세포는 신경세포에 영양분을 공급하고 주변 환경과 시냅스 기능을 조절한다 야마토3다운로드게임사이트 . 연구 결과는 GenX가 신경세포뿐 아니라 신경망의 성장과 유지에 필요한 세포의 생성까지 방해할 가능성도 보였다. 대뇌 오가노이드의 신경전구세포 증식에 대한 GenX의 영향 GenX의 노출 농도가 높아질수록 대뇌 피질 오가노이드의 신경전구세포(붉은색) 증식이 감소했다. KIT 신경세포가 신호를 주고받는 시냅스도 감소했다. 흥분성 시냅스 표지자인 VGLUT1은 최대 55.5% 줄었고 억제성 시냅스 표지자인 VGAT과 주요 시냅스 단백질도 함께 감소했다. 흥분성 시냅스는 신경세포의 활동을 촉진하고 억제성 시냅스는 지나친 흥분을 조절한다. GenX는 두 종류의 시냅스 형성을 모두 억제해 발달 중인 신경회로의 구성과 성숙을 방해했다. 연구팀은 다중전극어레이(MEA)로 구조적 변화가 신경 기능 저하로 이어지는지도 확인했다. MEA는 여러 미세전극으로 신경세포가 만드는 전기신호와 신경망의 동기화를 측정하는 장비다. GenX 노출량이 늘어날수록 활성 전극 수와 신경세포 발화율이 감소했다. 신경세포 집단이 연속적으로 신호를 내는 버스트의 지속시간과 발생 빈도도 줄었다. GenX가 시냅스 구조뿐 아니라 신경세포 사이의 정보 전달 기능까지 떨어뜨린 것이다. GenX 농도 의존적 흥분성·억제성 시냅스 밀도 변화 GenX 농도가 높아질수록 흥분성·억제성 시냅스 형성을 함께 저해해 발달 중인 신경회로의 균형 잡힌 형성을 교란함. 일본 야마토 게임 이는 단순 둔화가 아니라 발달신경독성(정상적 시냅토제네시스·회로 성숙의 장애) 신호로 해석할 수 있다. KIT 유전자 발현 분석에서는 축삭 유도와 시냅스 조립, 신경전구세포 유지에 관여하는 DSCAML1, WNT7A, SEMA4A, FABP7의 발현이 감소했다. 반면 산화스트레스와 관련된 GDA와 XDH의 발현은 증가했다. 연구팀은 GenX가 신경발달 신호체계를 교란하면서 산화스트레스를 유발하는 복합적인 방식으로 뇌 발달에 영향을 미칠 가능성을 제시했다. 이번 연구는 사람 유래 모델에서 조직 성장과 세포 분화, 시냅스 형성, 전기생리, 유전자 발현을 함께 분석한 것으로, KIT는 이 시험법을 동물실험을 대체·보완하는 새로운 접근방법론(NAMs)과 발달신경독성 평가체계 개발에 활용할 계획이다. 현 박사는 “GenX가 세포를 직접 죽이지 않으면서 뇌 조직의 성장과 신경회로 형성을 방해하는 ‘조용한 독성’을 확인했다”며 “사람 유래 오가노이드 평가법을 정교하게 다듬어 대체물질의 잠재적 위해성을 제품 사용 전에 찾아낼 수 있는 시험 기반을 구축하겠다”고 말했다. 한편 이번 연구결과는 지난달 국제학술지 ‘머티리얼스 투데이 바이오(Materials Today Bio)’에 게재됐다. (논문명: GenX exposure induces neurodevelopmental impairment and synaptic toxicity in hESC-derived cerebral organoids) (왼쪽부터)이병석 책임연구원, 이영주 선임연구원, 가민한 책임연구원, 현성애 책임연구원. KIT 서는 신경로제트의