Human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived brain organoids are emerging as a promising tool for overcoming the limitations of 2D neuronal models. However, existing organoid models face challenges in achieving precise differentiation of specific brain regions and replicating disease-relevant phenotypes. In this study, we developed an optimized protocol for generating brain organoids starting from neural progenitor cells (NPCs). The generated organoids demonstrated clear regional specificity and characteristic neuronal activity patterns. Additionally, we established both patient-derived and chemically induced models to investigate Parkinson’s Disease (PD) pathology. In the chemically induced model, mitochondrial dysfunction and disease-related molecular pathway alterations were observed. The patient-derived organoids exhibited disease-specific phenotypes, including slower growth rates, reduced viability, and alpha-synuclein aggregation. These findings demonstrate the potential of NPC-based brain organoids as a model for studying the pathological mechanisms of PD and other human-specific neurological disorders.
인체유도 만능줄기세포 유래 뇌 오가노이드는 2차원 신경 모델의 한계를 극복할 수 있는 유망한 도구로 주목받고 있다. 그러나 기존 오가노이드 모델은 특정 뇌 영역의 정확한 분화와 질병 표현형 재현에 한계가 있다. 본 연구에서는 신경전구세포에서 시작하는 최적화된 뇌 오가노이드 프로토콜을 개발하였다. 생성된 오가노이드는 영역 특이성과 전형적인 신경 활동 패턴이 검증되었다. 또한, 본 연구에서는 파킨슨병 병리학 연구를 위해 환자 유래 모델과 화학적 유도 모델을 생성하였다. 화학적 유도 모델에서는 미토콘드리아 기능 장애와 관련된 질병 관련 분자 경로의 변화가 관찰되었다. 환자 유래 모델은 느린 성장 속도, 낮은 생존율, 그리고 알파-시누클레인 응집을 포함한 질병 특이적 표현형을 보였다. 이러한 결과는 신경전구세포 기반 뇌 오가노이드가 파킨슨병을 포함한 인간 특이적 신경질환 연구 모델로 활용될 가능성을 보여준다.
