파킨슨병 치료를 위해서 개발된 새로운 플랫폼

마이크로 바이 옴은 우리 몸과 몸에 서식하는 수조 개의 박테리아 모음입니다. 각 개인의 미생물 군집은 지문처럼 독특하며 연구자들은 그것이 우리의 건강과 일상 생활에 영향을 미치는 점점 더 많은 방법을 찾고 있습니다. 한 예는 장내의 뇌와 박테리아 사이의 명백한 연결을 포함합니다. 이 두뇌 장 "축"은 파킨슨 병, 우울증 및 과민성 대장 증후군과 같은 상태에 영향을 미치는 것으로 여겨집니다. 그러나 두뇌-장축에 대한 많은 연구가 하나의 중심적인 문제로 인해 정지되었다.

현재의 테스트 플랫폼은 대규모 연구를 위해 인간의 내장을 정확하고 저렴하게 모방 할 수 없습니다. 연구 커뮤니티는 MIT 링컨 연구소의 팀이 기술 사무소를 통해 투자 프로젝트에 태클있는 것이다 새로운 무언가를 필요로한다. 연구원들은 완벽한 인공 내장을 만드는 것을 목표로합니다.

"기계적인 측면에서 문제는 어떻게 결장을 모방 하는가?" 생물학 및 화학 기술 그룹의 프로젝트 책임자 인 토드 토르 센 (Todd Thorsen)은 말한다. "대장의 박테리아는 많은 생태 학적 틈새를 차지합니다."

Thorsen은 인간의 내장의 복잡성을 언급하는데, 여기에는 모두 구체적이고 때로는 충돌하는 100 조개의 미생물 군집이 포함됩니다. 예를 들어, 장에있는 특정 유형의 박테리아는 산소가있는 상태에서 죽는 반면 다른 유형의 박테리아는 생존해야합니다. 내장에는 다른 종류의 박테리아가 자라도록하는 단단한 점액과 부드러운 점액이 포함되어 있습니다. 마이크로 바이 옴 샘플을 적절하게 유지 관리하고 테스트하려면 이러한 모든 조건을 단일 플랫폼에서 모방해야합니다. 이는 쉬운 일이 아닙니다

이 장치의 개발 및 제작을 주도한 생물학 및 화학 기술 그룹의 David Walsh는“지금까지는 아무도 마이크로 바이 옴 시료를 배양하여 유지할 수 없었습니다. "문화를 유지할 수 있다면 독소와 치료제를 추가하여 시간이 지남에 따라 문화가 어떻게 변하는 지 확인할 수 있습니다"

이 문제를 해결하기 위해 실험실 팀은 침투성 실리콘 고무와 폴리스티렌과 같은 다른 플라스틱으로 만든 다중 재료 플랫폼을 개발했습니다. 플랫폼의 두 구성 요소는 필수 산소 및 점막 구배를 에뮬레이트합니다.

위 사진 (왼쪽)은 산소 기울기를 제어하는 ​​구성 요소를 보여줍니다. 공기는 플라스틱을 통해 확산되는 반면 파란색 포트를 통해 연구원들은 인접한 미세 배양 챔버 내의 다른 위치에서 국소 산소 농도를 변경할 수 있습니다. 오른쪽 사진은 점액을 제어하는 ​​구성 요소를 보여 주며 아래에서 장치로 잘 들어갑니다. 두 구성 요소는 장에서 발견되는 정확한 조건을 산출하기 위해 신중한 형상을 구현합니다.

Walsh는“최종 시스템을 통해 실제 문제를 해결할 수 있습니다. 이러한 문제에는 두뇌-장축을 해소하는 것 외에도 현재 및 새로 등장한 병원체에 대한 탄력성 개발, 생물학적 전쟁 퇴치 등이 포함됩니다.

올해 연구팀은 파킨슨 병과의 연관성을 연구하기 위해 마이크로 바이 옴 샘플에 대한 첫 번째 테스트를 실시하기 위해 노스 이스턴 대학 버밍엄 (Birmingham) 앨라배마 대학 (Alabama University)과 샌프란시스코 캘리포니아 대학 (University of California)과 협력하고있다. 실험실의 역할은 인공 창자를 사용하여 파킨슨 병을 앓고 있거나없는 사람들로부터 채취 한 마이크로 바이 옴 샘플을 배양하고 다른 의심되는 부작용이 추가 될 때 발생하는 것을 테스트하는 것입니다. 목표는 특정 독소에 노출되어 발생 하는 미생물의 변화가 어떻게 파킨슨 같은 신경 손상을 유발할 수 있는지 상관 시키는 것입니다.

실험실은 또한 프로젝트의 다른 측면을 계속 발전시킬 것입니다. 몇 가지 예에는 결장과 주변 혈관 조직을 모방하기 위해 조립하는 동안 롤업하는 관형 코어 쉘 종이 접기와 같은 내장이 포함되며, 시간이 지남에 따라 미생물 군집이 어떻게 변할 수 있는지 예측하는 모델링 소프트웨어 개발이 포함됩니다.

-요약-

미국 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 연구진은 마이크로바이옴(microbiome)이 생존할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했고, 이것은 파킨슨병을 치료하는데 큰 도움을 줄 것이다.

마이크로바이옴은 우리 몸에 살고 있는 수조 개의 박테리아 집단을 의미한다. 미생물 군집은 지문처럼 각각 독특하다. 과학자들은 마이크로바이옴이 우리의 건강과 일상생활에 어떤 영향을 끼치는지를 조사하고 있다. 한 예로 뇌와 장 속의 박테리아 간에 분명한 연관관계가 존재한다. 뇌(腦)-장(腸)의 "축(axis)"은 파킨슨병, 우울증, 과민성 대장 증후군과 같은 질병에 영향을 끼친다고 알려져 있다. 그러나 뇌-장 축에 대한 많은 연구들은 검사 가능한 장 모델이 없다는 큰 문제로 인해서 정체되어 있다.

현재 사용되고 있는 플랫폼은 대규모 연구에서 인간 내장을 정확하고 저렴하게 모방할 수 없다. 이번 연구진은 완벽한 인공 내장을 만드는 것을 목표로 연구를 수행했다.

기계적인 측면에서 한 가지 문제는 어떻게 결장을 모방하는가에 대한 것이다. 이것은 대장 속의 박테리아가 많은 생태학적 틈새를 만들기 때문이다.

인간의 내장에는 다양한 유형의 100조 개의 미생물 군집이 존재하다. 예를 들어, 특정 유형의 박테리아는 산소가 존재하는 상태에서 죽는 반면에 다른 유형의 박테리아는 생존한다. 또한 서로 다른 종류의 박테리아가 자랄 수 있도록 단단한 점액과 부드러운 점액을 포함하고 있다. 마이크로바이옴 샘플을 적절하게 유지하고 관리하면서 테스트하려면 단일 플랫폼에서 모든 조건을 만족할 수 있어야 하는데 쉬운 일이 아니다.

지금까지는 마이크로바이옴 시료를 배양하고 유지할 수 없었다. 마이크로바이옴을 유지할 수 있다면, 독소와 치료제를 추가함에 따라 마이크로바이옴이 어떻게 변하는지를 확인할 수 있을 것이다.

이번 연구진은 이런 문제를 해결하기 위해서 투과성 실리콘 고무와 폴리스티렌과 같은 서로 다른 플라스틱으로 플랫폼을 만들었다. 이런 플라스틱은 모두 저렴하고 빠르게 시제품으로 만들어질 수 있다. 플랫폼은 장내의 산소와 점막 구배를 모방해서 만들어져야 한다.

이번에 개발된 최종 시스템은 두뇌-장 축에 대한 새로운 연구에 적용할 수 있고 현재 및 새로 등장하는 병원체에 대한 치료제 개발과 생물학적 전쟁 방지에도 적용될 수 있을 것이다.

이번 연구진은 앨라배마 대학(University of Alabama at Birmingham), 노스이스턴 대학(Northeastern University), 캘리포니아 대학(University of California at San Francisco)의 연구진과 함께 파킨슨병과 뇌-장 축과의 연관관계를 조사하고 있다. 즉, 파킨슨병에 걸린 사람과 그렇지 않는 사람으로부터 마이크로바이옴 샘플을 채취하고, 이것을 이번에 개발한 인공 창자에 배양함으로써 어떤 영향을 끼치는지를 조사하는 것이다. 목표는 특정 독소에 노출된 미생물들이 파킨슨 질병을 발생시키는 신경 손상을 유발하는지를 아는 것이다.