누드 마우스는 면역부전 상태이므로 사람 유래의 종양세포를 이식하여 Xenograft Model을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 특히 누드 마우스는 인간 고형암(Solid Tumor)의 연속적인 이식(Serial Transplantation)에 유용한 모델로 알려져 있으며 특히 BALB/c-nu 누드 마우스는 다른 누드 마우스에 비해 종양 이식이 잘 되는 것으로 알려져 있습니다.

그러나 누드마우스를 이용한 종양 이식에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 누드 마우스는 T 세포가 결핍되어 있어 악성종양세포의 이식에 주로 사용되지만 백혈병 또는 림프종과 같은 혈액암의 이식에는 적합하지 않을 수 있습니다. 또한 누드 마우스는 B 세포와 선천적인 면역세포를 가지고 있어 인간 정상세포의 이식을 허용하지 않는 경향이 있으며, 종양 조각의 이식이나 자라는 속도가 느린 원발성 종양세포의 이식에도 적당하지 않을 수 있습니다. 

면역결핍 마우스 중에서 가장 많이 사용되는 누드 마우스는 T세포만, SCID 마우스는 T세포와 B세포가 기능적으로 결핍되어 있으며 그 외 NOD/SCID 마우스, NOG 마우스, NSG 마우스 등이 있습니다. 면역 결핍의 정도가 심한 마우스를 사용할 수록 종양 발생의 확률이 증가하고 종양의 성장 속도가 빨리질 가능성이 있으므로 연구 목표와 종양 특성을 고려하여 면역결핍 마우스를 선택해야 합니다. 

Mouse Xenograft Model 제작 시에는 마우스 종 선택 외에도 종양 세포주의 종류, 종양 세포의 특성, 이식 위치 등에 따라 종양 이식의 결과가 다를 수 있습니다. 때로는 암이 자라지 않거나 성장이 둔화되는 경우도 있을 수 있습니다. 이러한 결과는 다양한 요인에 영향을 받을 수 있으며, 실험 조건을 최적화하고 다양한 실험 변수를 고려하여 종양 모델을 성공적으로 개발하는 것이 중요합니다. 
 

작은 새끼 마우스, 일반적으로 "Runt"라고 불리는 크기가 매우 작고 발육이 미흡한 작은 새끼들은 일반적으로 유전적 이상 또는 경쟁력 부족을 나타냅니다. 이는 새끼 쥐들 간의 경쟁에서 이기지 못하거나 유전적인 이유로 발육이 뒤처지는 경우가 있습니다. 

먼저, 작은 새끼의 건강 상태와 치아에 이상(부정교합 등)이 있는지 확인합니다. 이 새끼가 유전적 이상 또는 경쟁력 부족으로 인한 것인지 확인하는 것이 중요합니다. 치아에 이상이 없고 정상인데 발육이 미흡한 경우, 케이지 바닥에 유동식(Softened Food), Hydrogel Packs 또는 기타 시중에서 판매되는 Gel Diets를 제공하는 것이 도움이 될 수 있습니다.

이러한 지원을 통해 작은 새끼들은 정상적인 새끼 쥐와 비슷한 크기로 성장할 수 있습니다. 그러나 어미 쥐가 연이어서 작은 새끼 쥐를 낳는 경우, 번식에서 어미 쥐를 제외시키는 것을 권장합니다. 작은 새끼 쥐의 경우, 적절한 관리와 영양 공급이 중요합니다. 만약 이러한 조치를 취해도 개선되지 않는다면 수의사와 상담하여 추가적인 조치나 수의학적 지원을 고려해야 합니다.

감염증상이 동반되지 않은 상태에서 한쪽 신장만의 비정상적인 커짐은 주로 감염병의 직접적인 결과로 나타나지 않을 가능성이 큽니다.  대신, 다른 원인(예: 선천적 진행성 수신증 또는 획득성 수신증)이 더 가능성이 큽니다. 

특히 C57BL/6J 마우스에서의 선천성 진행성 수신증(Congenital Progressive Hydronephrosis)은 비교적 흔한 유전적 변이입니다. 이 변이는 C57BL/6J strain에 대해 잘 알려져 있으며, 신장의 비정상적인 발달로 인해 수신증이 발생하며 진행할 수 있습니다. 

이러한 유전적 변이는 유전자 돌연변이로 인해 발생하며, 특정 유전자 변이를 가진 C57BL/6J 마우스에서 주로 관찰됩니다. 하지만 신장 비대증은 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있으며, 정확한 원인을 파악하려면 병리학적 분석과 추가적인 진단이 필요합니다. 

* 마우스에서의 수신증 (Hydronephrosis)

수신증은 신장의 비정상적인 확장 및 신장 기능 저하를 특징으로 하는 상태로 다양한 이유로 발생할 수 있으며, 모든 연령의 마우스에 영향을 줄 수 있습니다. 수신증은 일반적으로 선천적과 획득성 형태로 구분됩니다.
선천적 수신증(Congenital Hydronephrosis)은 일반적으로 출생 시부터 가지고 있는 신장 이상으로, 주로 한쪽 신장의 비정상적인 확장을 특징으로 합니다. 이는 해당 신장의 기능 저하와 비정상적인 소변 배출을 초래할 수 있으며 실제로 증상을 동반하지 않을 수 있습니다.

즉, 마우스는 비교적 건강하게 보일 수 있으며 확장된 신장은 부검 등으로 발견될 수 있습니다. 경우에 따라 특정 유전자 돌연변이가 특정 마우스 종(예: C57BL/6 마우스)에서 선천적 수신증을 일으킬 수 있습니다.

1970년대 Jackson Laboratory에서 자연발생적 상염색체열성형질(Autosomal Recessive Trait)인 C57BL/6J 마우스의 선천성 진행성 수신증(Congenital Progressive Hydronephrosis, cph)가 발견되었으며, 이 형질을 이용한 돌연변이 hydronephrosis inbred mice 뿐만 아니라 ICR 등 다른 계통에서도 research 용으로 생산되고 있습니다.

반면 획득성 수신증(Acquired Hydronephrosis)은 출생 시 정상이었던 신장이 후에 다양한 기저 원인(예: 감염, 종양, 요로 계의 막힘 등)으로 인해 비정상적으로 커지거나 기능이 저하되는 상태를 나타냅니다. 이로 인해 비정상적인 소변 배출, 흡수 또는 흐름 문제가 발생할 수 있으며, 증상은 기본 원인에 따라 다를 수 있습니다. 획득성 수족마비증은 일반적으로 마우스의 노화 과정에서 발생하는 경우가 많으며, 다양한 마우스 종 및 연령 그룹의 마우스에 영향을 미칠 수 있으므로 노화 및 연구 동물의 신장 건강을 모니터링할 때 고려해야 하는 요소 중 하나입니다. 
 

물고기는 포유류에서 감각 정보를 처리하는 신피질(neocortex)이 없기 때문에 고통을 느낄 수 없다고 알려져 있었으나, 최근에 제브라피쉬는 포유류와 유사한 통각수용체(nociceptor)가 존재하고 고통을 감지할 수 있는 메커니즘이 존재할 것이라는 연구 결과가 나오고 있습니다. 

고온이나 산성 물질에 노출된 제브라피쉬 배아는 행동성이 낮아지는데 모르핀 등의 진통제 투여로 행동성이 개선되었습니다. 또한 고온에 노출된 제브라피쉬 배아는 온도가 점점 올라갈 수록 통각 신경이 크게 반응하는 것을 확인하였습니다. 하지만 어떤 신경구조 및 신경회로를 통해 고통을 느끼는지는 아직 밝혀지지 않았고 현재 연구가 진행되고 있습니다.

* 그림 출처: Curr Neuropharmacol. 2022;20(3):476-493.

제브라피쉬도 기억 및 학습을 할 수 있습니다. 제브라피쉬의 뇌에도 기억과 학습, 인지기능을 담당하는 뇌 신경회로가 있습니다. 제브라피쉬는 같은 종과 무리 지어 다니는 사회적 행동을 하는데, 개별 포획 확률을 감소시켜 포식으로부터 보호하는 역할을 합니다.

시각적인 특징 및 후각 신호가 작용하여 무리 지어 다니는 선호도를 보이고, 사람의 영유아기에 해당하는 시기에 외형이 달라도 함께 키워진 제브라피쉬에 대한 선호도를 보이는데, 이 때의 학습 및 기억은 성체 시기에서도 유지됩니다. 알코올과 니코틴이 제브라피쉬 학습에 미치는 영향이 연구되어 있습니다. 제브라피쉬에서 전기 충격을 이용한 충격 회피 학습을 확인할 수 있으며, 먹이 보상을 이용하여 시각 및 공간식별에 대한 학습을 진행할 수 있습니다.

*그림 출처: Noldus. https://www.noldus.com

국내 및 해외의 제브라피쉬 소재은행은 야생형 제브라피쉬 뿐만 아니라 개별연구자들에 의하여 개발된 돌연변이 및 형질전환 제브라피쉬 라인들을 기탁받아 필요한 연구자들에게 분양해 줌으로서 연구자들이 필요한 제브라피쉬 라인을 손쉽게 연구에 활용할 수 있도록 지원을 하고 있으며, 국내와 국외에서 제브라피쉬를 분양 받을 수 있는 소재은행의 사이트는 아래와 같습니다. 

  - 미국 : Zebrafish International Resource Center (ZIRC, https://zebrafish.org)

  - 유럽 : European Zebrafish Resource Center (EZRC, https://www.ezrc.kit.edu)

  - 일본 : National BioResource Project(NBRP, https://shigen.nig.ac.jp/zebra/index_en.html)

  - 국내 : 질환모델링 제브라피쉬 소재은행(KNRRC, https://cc.aris.re.kr/zcdm/app/org/orgIntro.do), 형광리포터 제브라피쉬 협력센터(FRZCC) 

특히 해외의 제브라피쉬 소재은행에서 형광리포터 제브라피쉬의 수입은 “형광리포터 제브라피쉬 협력센터＂에 요청하시면 수입 및 검역과정에 대하여 지원을 받을 수 있습니다.

제브라피쉬는 척추동물모델로서 인간이 가지는 대부분의 유전자를 가지고 있으며 동시에 인간 유전체와 높은 유전학적, 기능적 유사성을 가지고 있는 동물모델 입니다. 특히 제브라피쉬는 유전자의 돌연변이 동물모델 제조 및 형질전환 동물모델 제조가 용이하여 이들 유전자변형 제브라피쉬를 이용하여 뇌신경질환(파킨슨, 루게릭병, 정신분열/자폐증), 심장 및 혈액질환, 종양질환(위암, 간암, 췌장암), 대사성 질환(비만, 지방간, 당뇨), 피부질환(미백제, 아토피), 염증 및 면역질환 등의 다양한 질환동물모델 제조가 가능하며 이러한 질환모델을 이용한 질병의 병인 기전 연구 및 신약개발연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 또한 환경유해물질이나 화학물질에 의한 독성 연구에도 활발하게 이용되고 있는 동물모델 입니다. 

국내에서 제브라피쉬는 한국생명공학연구원, 질병관리청 국립보건연구원, 안전성 평가연구소, 국립해양생물자원관, 한국한의학연구원, 한국화학연구원 등 다수의 연구소에서 질환연구, 신약개발연구, 독성연구 등에 활용되고 있으며, 또한 많은 대학에서 제브라피쉬를 이용한 다양한 연구가 수행되고 있습니다. 한국제브라피쉬연구회(http://kzfs.co.kr)를 방문하시면 제브라피쉬 동물모델을 활용하는 국내 연구진과 연구분야를 확인하실 수 있고, 또한 다양한 제브라피쉬 관련 연구정보를 확인하실 수 있습니다. 

해외에서 제브라피쉬를 이용한 다양한 연구정보는 The Zebrafish Information Network (https://zfin.org)에서 확인할 수 있으며, 제브라피쉬를 이용한 사람의 질환연구에 대한 정보는 Zebrafish Disease Model Society 홈페이지(https://www.zdmsociety.org)에서 확인할 수 있습니다.

형질전환 제브라피쉬는 야생형의 제브라피쉬 배아에 인위적으로 연구자가 발현시키기를 원하는 외부의 유전자를 주입하여 발현되도록 만들어진 유전자 조작 제브라피쉬를 의미합니다. 제브라피쉬 배아에 주입된 외부 유전자는 야생형의 제브라피쉬가 가지고 있던 유전체(Genome)에 삽입되어 본래의 유전체와 함께 자손에 유전됨으로써 지속적으로 외부 유전자를 발현하게 됩니다.  따라서 형질전환 제브라피쉬는 본래의 야생형이 가지고 있지 않은 외부 유전자가 발현되어 단백질을 추가로 만들어 내기 때문에 야생형과는 다른 발달 및 행동 차이를 보일 수 있습니다. 

하지만 도입된 외부 유전자가 발달이나 행동과는 관련이 없는 단백질을 만드는 경우에는 행동이나 발달과정의 차이가 관찰되지 않을 수도 있습니다. 특히 GFP나 RFP등의 형광단백질을 생산하는 유전자를 삽입한 경우에는 발달이나 행동의 변화없이 형광현미경을 이용한 형광단백질의 관찰을 통하여 특정 조직이나 세포의 발생 및 분화, 그리고 이동 과정을 관찰할 수 있는 형광리포터 제브라피쉬를 제조할 수 있습니다.

형질전환 제브라피쉬를 제조할 때에 외부 유전자를 발현시키기 위하여 사용한 프로모터의 종류에 따라서 외부 유전자가 발현되는 조직과 발현시기가 달라질 수 있으며, 따라서 외부유전자를 발현시키기 위하여 사용한 프로모터의 종류에 따라서 형질전환 제브라피쉬의 표현형이 달라지게 됩니다. 

형질전환 제브라피쉬를 제조하는 방법에는 외부 유전자를 발현하기 위해 필요한 프로모터를 확보하는 방법에 따라서 ① Tol2 transposon-based system 이용, ② E-coli based homologous recombination 방법, ③ knock-in 방법 등을 사용할 수 있습니다