비즈니스 기회
뇌에 창을 열다
혁신적인 나노시트 방법은 다중 규모 및 장기 연구를 위한 뇌 영상에 혁명을 일으킵니다.
인간의 뇌에는 수십억 개의 뉴런이 있습니다. 함께 작동하면 인지 및 복잡한 행동과 같은 고차원 뇌 기능을 가능하게 합니다. 이러한 고차원 뇌 기능을 연구하려면 다양한 뇌 영역에서 신경 활동이 어떻게 조정되는지 이해하는 것이 중요합니다. 기능적 자기공명영상(fMRI)과 같은 기술은 뇌 활동에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만, 주어진 시간과 영역에 대한 정보만 보여줄 수 있습니다. 두개창을 사용하는 이광자 현미경은 고해상도 이미지를 생성하는 강력한 도구이지만 기존의 두개창은 작기 때문에 멀리 있는 뇌 영역을 동시에 연구하기가 어렵습니다.
ExCELLS(Exploratory Research Center on Life and Living Systems)와 NIPS(National Institute for Physiological Sciences)가 이끄는 연구팀은 생체 내 뇌 이미징을 위한 새로운 방법을 도입하여 깨어 있는 쥐의 신경 구조와 활동을 대규모로 장기간 관찰할 수 있게 되었습니다. 이 방법은 "광경화 수지에 통합된 나노 시트(NIRE)" 방법이라고 하며, 광경화 수지로 덮인 불소 중합체 나노 시트를 사용하여 더 큰 두개골 창을 만듭니다.
"NIRE 방법은 생체 적합성 나노 시트와 액체에서 고체로 형태가 변하는 투명한 광경화 수지를 사용하여 두정엽 피질에서 소뇌까지 확장되는 이전 방법보다 더 큰 두개골 창을 생성하기 때문에 이전 방법보다 우수합니다." 라고 도쿄 과학 대학 및 ExCELLS의 Taiga Takahashi는 말합니다.
NIRE 방법에서는 광경화 수지를 사용하여 생체 불활성 투명 나노 시트인 폴리에틸렌 옥사이드 코팅 CYTOP (PEO-CYTOP)을 뇌 표면에 고정합니다. 이것은 뇌 표면, 심지어 소뇌의 고도로 구부러진 표면에 꼭 맞는 "창"을 만들고 기계적 스트레스가 거의 없이 오랫동안 투명성을 유지하여 연구자들이 살아있는 쥐의 여러 뇌 영역을 관찰할 수 있도록 합니다.
"또한 PEO-CYTOP 나노시트와 광경화 수지의 조합으로 이전 방법에 비해 더 오랜 시간 동안 더 큰 투명성을 가진 더 강한 두개골 창을 만들 수 있음을 보여주었습니다. 그 결과, 모션 아티팩트, 즉 깨어 있는 쥐의 움직임으로 인한 이미지 왜곡이 거의 없었습니다"라고 Takahashi는 말합니다.
두개골 창은 마이크로미터 미만의 해상도로 고해상도 이미징을 허용하여 미세한 신경 구조의 형태와 활동을 관찰하는 데 적합합니다.
"중요한 것은 NIRE 방법을 사용하면 투명성에 미치는 영향을 최소화하면서 6개월 이상의 장기간 이미징을 수행할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 네트워크 수준에서 세포 수준에 이르기까지 다양한 수준뿐만 아니라 성숙, 학습 및 신경 퇴화 과정에서 신경 가소성에 대한 장기적인 연구를 수행할 수 있을 것입니다"라고 ExCELLS 및 NIPS의 교신 저자인 Tomomi Nemoto는 설명합니다.
이 연구는 이 새로운 방법이 연구자들이 이전에 관찰하기 어렵거나 불가능했던 신경 과정을 조사할 수 있는 강력한 도구를 제공하기 때문에 신경 영상 분야에서 중요한 성과입니다. 특히, 장기간의 투명도와 더 적은 모션 아티팩트를 가진 큰 두개골 창을 만드는 NIRE 방법의 능력은 대규모, 장기 및 다중 스케일 생체 내 뇌 이미징을 허용해야 합니다.
"이 방법은 성장과 발달, 학습 및 신경 장애와 관련된 신경 과정의 신비를 풀 수 있는 가능성을 가지고 있습니다. 잠재적인 응용 분야에는 신경 집단 코딩, 신경 회로 리모델링 및 널리 분포된 영역에 걸쳐 조정된 활동에 의존하는 고차원 뇌 기능에 대한 조사가 포함됩니다."
요컨대, NIRE 방법은 깨어 있고 다양한 행동에 참여하는 동물의 장기간에 걸쳐 다양한 수준의 신경 가소성 변화를 조사할 수 있는 플랫폼을 제공하며, 이는 뇌의 복잡성과 기능에 대한 이해를 높일 수 있는 새로운 기회를 제공합니다.
이상의 기사는 2024년 3월 4일 이론 The Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS)에 게재된 “Opening a window on the brain”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 추가 정보 : https://www.nature.com/articles/s42003-024-05865-8
* 정보 출처 : https://www.excells.orion.ac.jp/en/news/9812