일본의 연구진, 유도만능 줄기세포를 기능적 간조직으로 분화시키는데 성공
일본 요코하마 시립대학의 타카노리 타케베 박사(줄기세포 생물학)가 이끄는 연구진은 유도만능줄기세포(iPSC)를 배양접시 위에서 기능적 간유사조직(liver-like tissue)으로 분화시키는데 성공하였다. 이는 지난 주 일본 요코하마에서 열린 국게 줄기세포연구협회(ISSCR: International Society for Stem Cell Research)연례회의에서 발표된 것으로, "줄기세포를 각종 장기로 분화시켜 인간에게 이식한다"는 꿈을 실현하는데 한걸음 더 다가선 것으로 평가된다. "이번 연구는 기증자가 없어 간 이식을 받지 못하는 많은 환자들에게 희망을 주는 기쁜 소식이다"라고 영국 에든버러 대학교에서 간재생을 연구하고 있는 스튜어트 포브스 박사는 말했다.
연구진은 인간의 피부세포에서 유래하는 iPSC를 특별히 설계된 배지에서 배양한 결과, 9일 후 성숙한 간세포(hepatocytes)의 생화학적 마커를 보유하는 세포로 분화시키는데 성공하였다. 연구진은 이 상태에서 (동물실험에서 장기의 기능을 재생시키는데 도움이 되는 것으로 밝혀진) 2개의 세포를 배지에 추가했는데, 그것은 ①탯줄에서 채취한 혈관 내피 세포, ②골수에서 채취한 중간엽세포(뼈, 연골, 지방으로 분화할 수 있는 세포)였다. 그로부터 이틀이 지나자, 3가지의 세포는 결합하여 길이 5mm의 간싹(liver bud, 간 발생의 초기단계)을 형성하였다.
연구진이 만들어낸 간조직에는 담관(bile duct)이 없고, 간세포들이 - 실제 간과는 달리 - 깔끔한 판모양을 형성하지 못했다. 이러한 관점에서 볼 때, 그것은 배아의 발생과정을 상당부분 재현하기는 했지만, 최근 리켄과 스미토모 화학의 연구진이 생성한 안배(optic cup)만큼 완벽하다고 할 수는 없다(GTB2012060419). 그럼에도 불구하고 이번에 생성된 간조직은 기능적인 혈관을 보유하고 있고, 유전자 테스트 결과 실제 간에 발현되는 유전자를 상당부분 발현하는 것으로 밝혀졌다. 또한 이조직을 마우스에 이식해 본 결과, 인간의 간만이 대사시킬 수 있는 일부 약물을 대사시킬 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 이는 iPSC로부터 「혈관망을 갖는 인간의 기능적 장기」(human functional organ with vascular networks)를 생성한 최초의 사례라고 할 수 있다.
연구진에 의하면 이번 연구의 성패를 결정지은 것은 두 가지 세포(혈관내피세포, 중간엽세포)를 첨가한 타이밍이었다고 하는데, 연구진은 적절한 타이밍을 결정하기 위해 1년동안 수백번의 시행 착오를 거쳤다고 한다. 연구진은 이번에 개발된 간 조직이 환자의 간을 장기적으로 대체하거나, (면역적합성이 맞는 기증자를 찾는 동안, 또는 환자의 간이 제 기능을 되찾을 동안) 단기적 목적으로 사용되기를 기대하고 있지만, 그러기 위해서는 넘어야 할 산이 많아 보인다. 예컨데 간 조직 안에 포함된 소엽(lobule)이 적절히 배치되어 있는지를 확인하는 작업이 필요하다.
전문가들은 이번 연구결과를 높이 평가하면서도, 그 임상적용 가능성에 대해서는 신중한 입장을 견지하고 있다. "이번ㅇ 만들어진 간조직을 임상에 적용하는 것은 쉽지 않은 일이다. 만성 간질환을 치료하려면 간세포가 5년(만성 간질환 환자의 평균 생존기간) 이상 안정성을 유지해야 하는데, 이번에 만들어진 간 조직이 장기간 안정적인 기능을 발휘할지는 미지수이다. 더욱이 이식된 간조직이 비대해지거나 종양을 형성하지 않고 적당한 사이즈를 유지하는 것도 중요하다. 이식된 간조직이 성숙한 간의 표현형에서 조금이라도 벗어나는 경우 치명적 결과를 초래할 수 있다."고 포브스 박사는 말했다.
이번에 만들어진 간조직은 임상에 당장 적용될 수는 없지만, 신약개발을 위한 독성 테스트에는 당장 사용될 수 있을 것으로 보인다. " 독성 테스트에 사용되는 간은 담관을 필요로 하지 않는다. 또한 현재 in vivo 테스트를 위해 마우스에 이식되고있는 전통적 간세포들은 수명이 2~3일밖에 안되어, 독성 테스트에 적합하지 않다. 왜냐하면 약물과 그 대사체가 체내에서 완전히 대사되려면 수 주일이 소요되는데, 2~3일 동안 버티는 간으로 독성을 테스트하는 데는 한계가 있기 때문이다. 그러나 우리가 만든 간 조직은 독성 테스트에 충분한 안정성을 보유하고 있다"고 타케베 박사는 말했다.
현재 많은 과학자들이 간세포 유사세포(hepatocyte-like cells)를 만들어 배양하고 있다. 예컨대 MIT의 상기타 바티아 박사(생명공학)는 이미 인간 간세포를 이용한 신약 테스트 장비를 상업화했다(Nature Biotechnology 26, 120~126).그러나 바티아 박사의 간세포가 일차 인간 간세포(primary human hepatocytes)인 데 반해, 이번에 만들어진 간세포는 iPSC에서 유래하기 때문에, 희귀질환을 모델링하거나 iPSC 공여자의 유전자 배경을 검토하는데 유리하다는 장점을 갖고 있다. 이번 ISSCR 연례회의에 참석한 오리건 보건과학대학의 마커스 그롬페 박사(간질환 연구자)는 타케베 박사의 접근 방법이 바티아 박사의 접근방법보다 바람직스럽다고 논평했지만, 타케베 박사가 만든 간세포의 아부민 생산량이 적다는 이유를 들어 성능개선이 필요하다고 주문하였다. 그러나 타케베 박사는 ISSCR에 자료를 제출한 이후로 간세포의 성능이 많이 개선되었다고 자신감을 피력했다. 그의 다음 과제는 필요한 구조물(예: 담관)을 추가함으로써, 자신이 만든 간조직을 실제 간에 더욱 근접하게 만드는 것이다.
자료출처 : http://mirian.kisti.re.kr/gtb_trend/pop_gtb_v.jsp?record_no=231500&site_code=SS1026
원문출처 : http://www.nature.com/news/rudimentary-liver-grown-in-vitro-1.10848