뉴로봇과 자기조직화 생물학의 다음 단계.

과학자들은 개구리 세포를 이용하여 신경 로봇을 만들어 신경계가 어떻게 스스로 조직화되고 생명체의 행동에 영향을 미치는지 밝혀냈습니다.

염색된 신경 로봇 모형은 가장자리에 섬모 세포가 있고 중앙에는 신경 섬유가 있는 것을 보여줍니다. (출처: Advanced Science)

독일 학술지 ' 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 에 발표된 새로운 연구에 따르면, 과학자들은 생물학이 기능적인 생명 구조를 만들어내는 방식을 이해하는 데 또 한 걸음 나아갔습니다. 이 연구는 개구리 세포로 만들어지고 신경 세포를 포함하는 미세한 생체 로봇인 뉴로봇에 초점을 맞추고 있습니다. 이는 신경 구성 요소가 없었던 이전 버전의 생체 로봇인 제노봇에서 발전된 것입니다.

이에 따라 2020년 미국 터프츠 대학교의 연구진은 개구리 세포를 이용해 제노봇을 개발했습니다. 제노봇은 물속에서 움직일 수 있고, 스스로 손상되지 않으며, 개별 세포들이 모여 새로운 제노봇을 형성할 수 있는 미세한 생체 구조물입니다. 터프츠 대학교와 와이스 연구소(미국)의 연구팀은 이러한 기반 위에 신경 세포를 제노봇에 도입하여 어떤 변화가 일어나는지 관찰하는 실험을 계속 진행했습니다. 이렇게 만들어진 새로운 제노봇을 뉴로봇이라고 합니다.

연구팀은 이번 연구가 세포 집단이 불리한 환경 조건에서 어떻게 스스로 복잡한 구조로 조직화되는지 이해하기 위한 더 큰 노력의 일환이라고 밝혔습니다. 이번 연구를 통해 얻은 통찰력은 합성 생물학과 재생 의학 분야에 유용하게 활용될 수 있을 것입니다.

제노봇을 만들기 위해 과학자들은 아프리카발톱개구리(Xenopus laevis)의 초기 배아에서 채취한 세포를 사용했습니다. 피부 전구 세포를 분리하여 배양 접시에 놓자, 이 세포들은 자발적으로 작고 둥글며 털이 있는 구조물로 뭉쳐져 물속에서 헤엄칠 수 있게 되었습니다. 이 구조물은 완전히 생체 유래이며, 지지체나 유전자 변형이 필요하지 않고, 자가 치유 능력이 있으며, 원래 배아 세포에 저장된 영양분 덕분에 약 9~10일 동안 생존할 수 있습니다.

연구팀은 신경 로봇을 제작하는 과정에서 신경 전구 세포들을 로봇 중심부에 이식했습니다. 이 세포들은 성숙하여 축삭과 수상돌기를 발달시켰습니다. 현미경 관찰 결과, 신경 로봇은 자연 신경계의 주요 특징들을 형성하고 있는 것으로 나타났습니다. 연구진은 또한 이 세포들이 간단한 신경망 내에서 기능할 수 있다는 것을 확인했습니다.

뉴런이 없는 바이오봇과 비교했을 때, 뉴로봇은 일반적으로 크기가 더 크고 길쭉하며, 더 복잡한 움직임 패턴을 보인다. 또한 뇌 활동에 영향을 미치는 약물에 노출되면 뉴로봇은 일반 바이오봇과는 다른 방식으로 움직임을 변화시킨다. 이는 새롭게 형성된 신경망이 구조적으로만 존재하는 것이 아니라 행동을 형성하는 데 직접적으로 관여한다는 것을 시사한다.

또 다른 주목할 만한 발견은 신경 로봇 내부에서 예상치 못한 유전자 활동이 나타났다는 점인데, 여기에는 시각 처리 및 광감각 세포와 관련된 유전자들이 포함됩니다. 이를 통해 과학자들은 신경 로봇이 향후 빛에 반응할 수 있을 가능성을 제기하고 있습니다. 아직 초기 단계이지만, 이 연구는 살아있는 세포가 어떻게 기능적인 구조로 조직화되는지를 점진적으로 탐구하며 생명공학 분야에 새로운 가능성을 열어주고 있습니다.

출처: https://baoquocte.vn/neurobot-va-buoc-tien-moi-cua-sinh-hoc-tu-to-chuc-385273.html