치매는 기억, 언어, 추론 및 기타 사고 능력과 같은 인지 기능의 상실을 설명하는 광의어입니다.세계보건기구(WHO)에 따르면 2050년까지 전 세계 1억 3,900만 명이 치매에 걸릴 것으로 예상됩니다.알츠하이머병(AD)은 치매의 가장 흔한 원인이며 모든 치매 증례의 60~70%를 차지할 수 있습니다.
알츠하이머병은 진행성 장애로, 치매 증상이 수년에 걸쳐 점진적으로 발생하여 결국 중증으로 진행됩니다.알츠하이머병의 원인은 알려져 있지 않고, 알츠하이머병의 발병기전은 아직 알 수 없으며 효과적인 치료법도 없습니다.
알츠하이머병에 대한 이해를 넓히기 위한 한 가지 표적은 미엘린입니다. 미엘린(수초)은 신경 섬유(축삭)를 절연하고 신경 임펄스 전도를 가속하는 뇌의 외피와 같은 물질입니다.최근 연구(Steadman et al.,2020; Pan et al.,2020;Wang et al., 2020)에 따르면 성체 마우스에서 미엘린 형성은 공간 기억과 밀접한 관련이 있으며 미엘린 형성 감소는 노화와 관련된 기억 기능 저하의 원인 중 하나입니다.
최근 연구에서 육군의과대학(제3군의과대학) 기초의학대학원의 Feng Mei 교수팀은 뇌 단면의 고해상도 영상을 사용하여 알츠하이머병에서 발생하는 미엘린의 동적 변화를 밝혀냈습니다(Chen et al,2021).
이 인터뷰에서는 Evident China의 영업 및 마케팅 부서에 있는 Kai Jin과 Chengdu Zhixin Technology Co. Ltd.의 Hongxia Zheng이Feng Mei 교수와 연구원인 Jingfei Chen 박사에게연구와 뇌 단면 촬영 경험에 대해 물어보았습니다.
Q: 알츠하이머병이 있는 뇌에서 미엘린은 어떤 변화와 역할을 합니까?
A: 저희는 세포 특이적 형광 리포터가 있는 형질전환 마우스를 사용하여 미엘린 형성을 관찰하고 APP/PS1 마우스(AD 마우스 모델)의 뇌에서 고유한 미엘린 역학을 밝혀냈습니다.조건부 녹아웃 마우스, 행동 연구, 전기 생리학적 실험은 미엘린 회전율이 가속되면 AD 마우스에서 기억 상실과 해마 생리학적 기능 장애를 감소시킬 수 있음을 입증합니다.
이 연구의 주요 결과는 AD 마우스 뇌에서 광범위한 탈미엘린화가 일어난 후에도 미엘린 재생이 향상되어 인지 기능이 향상될 수 있다는 것입니다.이는 유전적 변형이나 약물 중재를 통해 미엘린 형성을 촉진하여 알츠하이머병 유발 현상을 효과적으로 개선할 수 있으며 알츠하이머병 관련 증상을 완화하기 위한 유망한 치료적 접근임을 나타냅니다.
Ｑ: 뇌 단면을 이미징하는 동안 어떤 기술적인 어려움이 있었습니까?
A: 우리 그룹은 피질, 해마, 뇌량과 같은 여러 뇌 영역의 이미지를 획득해야 했습니다.이를 위해서는 뇌 절편의 신속한 다차원 및 다중 채널 이미징이 필요합니다.또 하나 어려운 점은 세포 특이적 형광 리포터가 있는 형질전환 뇌 절편의 신호가 광표백으로 인해 빠르게 사라질 수 있다는 것입니다.
결과적으로 다음 요구 사항을 충족하는 이미징 장비가 필요했습니다.
- 세포 특이적 형광 리포터 유전자의 신호는 약하고 쉽게 희미해지기 때문에 고감도 고속 이미징이 필요했습니다.
- 다양한 뇌 영역이 관련되어 있기 때문에 여러 위치에서 미엘린의 변화를 관찰해야 했습니다.또한 관측 시야를 선택할 때 주관적인 관점이 개입되는 것을 방지하기 위해 전체 뇌 절편의 스티칭 이미지가 필요했습니다.
- 미엘린과 미세아교세포는 3차원 구조로 되어 있어 Z축의 고해상도로 3차원 이미지를 촬영해야 했습니다.
프로젝트 초기 단계에서는 기존의 단일 지점 레이저 스캐닝 컨포칼 현미경을 사용해 실험했습니다.단일 지점 스캐닝 현미경은 단일 관측 시야에서 고품질의 이미지를 생성할 수 있지만, 넓은 영역의 이미지를 획득하기 위해서는 많은 이미지를 하나로 스티칭해야 하므로 시간이 많이 소요됩니다.형광 표지도 표본에 대한 광 조사로 인해 희미해졌습니다.
많은 연구 끝에 고속 스캐닝, 낮은 광독성, 이미지 스티칭과 다중 지점 촬영 등의 자동화 기능을 갖춘 회전 디스크 공초점 현미경인 IXplore™ Spin 시스템이 실험 시 많은 시간을 절약해준다는 것을 발견했습니다.
Q: IXplore Spin 시스템은 실험 결과를 얻는 데 어떤 역할을 했습니까?
A: IXplore Spin 시스템은 기존의 단일 지점 레이저 스캐닝 공초점 현미경보다 30배 이상 빠르게 이미지를 획득했습니다.기존의 단일 지점 레이저 스캐닝 공초점 현미경이 이미지를 만드는 데 3~4시간이 걸린다고 가정하면 IXplore Spin 시스템은 약 10분 만에 이미지를 만들 수 있습니다.
이 연구에는 마우스 약 60마리의 전체 뇌 절편 영상이 필요했습니다.IXplore Spin 시스템을 사용하여 이미지 획득에 소요되는 시간을 크게 줄이고 프로젝트를 신속하게 수행할 수 있었습니다.동시에 IXplore 회전 디스크 컨포칼 현미경을 사용하면 고감도, 낮은 광독성과 함께 형광 표본 손상 최소화라는 이점을 누리면서 반복 가능한 이미징을 수행할 수 있습니다.
IXplore Spin 현미경 시스템에 대해 자세히 알아보기
IXplore 현미경 시리즈는 다양한 생명과학 연구 분야에 맞게 조정된 도립 현미경을 말합니다.IXplore Spin 현미경 시스템은 고급 회전 디스크 장치를 사용하여 타임랩스 실험에서 고속 3D 공초점 이미징, 넓은 관측 시야, 장기 세포 생존 가능성을 실현합니다.
그 이점은 다음과 같습니다.
- 향상된 Z축 분해능
- 이미지 스티칭 자동화
- 두꺼운 샘플 내부를 정밀하게 3D 이미징
- 광독성 및 표백 감소
- SpinSR 초고분해능 모듈로 업그레이드 가능
인터뷰 대상자: Feng Mei 교수와 Jingfei Chen 연구원
Feng Mei 교수 | Feng Mei는 샌프란시스코 캘리포니아대학에서 박사 학위를 받았으며 현재 중국 충칭에 있는 육군의과대학(제3군의과대학) 부교수입니다.Feng Mei 교수팀은 뇌 발달과 질병에서 미엘린의 동적 변화 역할을 오랫동안 연구해 왔으며 2021년 6월 8일 Neuron 온라인판에 “미엘린 재생 강화는 알츠하이머병 쥐 모델에서 인지 기능 장애를 역전시킨다”라는 제목의 기고문을 발표했습니다. |
Jingfei Chen은 중국 충칭에 있는 육군의과대학(제3군의과대학)의 충칭교육위원회 산하 충칭 신경생물학 핵심 연구소, 충칭 뇌지능 연구 핵심 연구소의 조직학 및 발생학 부서에서 연구를 수행하고 있습니다.
