새로 배양한 인간 배아모델, 혈액세포를 만들다
□ [기사] New lab-grown human embryo model produces blood cells
https://www.cam.ac.uk/research/news/new-lab-grown-human-embryo-model-produces-blood-cells
□ [참고기사1] Limit on human embryo research should be extended to 28 days, says UK regulator
□ [참고자료] What is hematopoiesis?
https://www.mbi.nus.edu.sg/mbinfo/what-is-hematopoiesis/
케임브리지대 연구진은 자연 배아의 발달 과정을 모사해 실험실에서 인간 혈액세포를 생성하는 새로운 방법을 제시했다. 이 발견은 백혈병 등 혈액 질환을 실제와 유사하게 모사하고, 이식에 활용할 수 있는 장기 지속 조혈줄기세포*를 생산할 잠재력을 보여준다. 연구팀은 인간 줄기세포로부터 아주 초기 인간 발달의 특정 국면, 특히 조혈줄기세포의 생성을 재현하는 3차원 ‘배아-유사 구조(embryo-like structures)’를 만들어냈다고 발표했다.
* 조혈줄기세포(hematopoietic stem cells): 인간 혈액 줄기세포(human blood stem cells)라고도 불리며, 산소를 운반하는 적혈구와 면역 체계에 필수적인 다양한 유형의 백혈구를 포함하여 모든 유형의 혈액 세포로 발달할 수 있는 미성숙 세포, 조혈모세포라고도 함.
헤마토이드(hematoids) 형성 과정
연구팀은 배양 조건에서 줄기세포가 스스로 조직화(self-organising) 하도록 유도해 초기 배아 발달의 일부를 모사하는 3차원 구조물을 만들고, 이를 ‘헤마토이드(hematoids)’라 명명했다. 시점별 관찰은 다음과 같다.
• 배양 2일차: 세 배엽(외·중·내배엽)*으로 자가조직화 → 이후 심장·조혈 분화의 토대 형성
• 배양 8일차: 박동하는 심장세포 출현 → 심장 계통으로의 기능적 진입 확인
• 배양 13일차: 붉은 혈액 패치와 조혈줄기세포(HSC) 형성 관찰 → 조혈 개시 및 다계통 분화 가능성 시사(적혈구·백혈구·T세포 등)
* 세 배엽(외·중·내배엽): 배아 발생 초기에 형성되는 세 가지 기본 세포층. 인체의 모든 기관과 조직(피부, 신경, 근육, 혈액, 소화기관 등)의 근원이 되는 배아 발생학의 기본 개념
<전체 배아와의 차이>
헤마토이드는 난황낭(yolk sac)*과 태반(placenta) 같은 필수 부속 조직이 없어 실제 인간 배아로 자라지 않으며 임신으로 이어질 수도 없다. 즉, 초기 발생의 일부 과정만을 기능적으로 재현해 관찰·실험하기 위한 연구용 모델이다.
기존의 조혈 유도법이 성장인자·사이토카인 등 외부 단백질 ‘칵테일’을 계속 공급해 인위적으로 방향을 밀어주는 방식이었다면, 이번 접근은 세포들이 스스로 질서를 만들고(자가조직화) 형성한 배아-유사 3D 구조의 미세환경(niche)을 활용해 자연스러운 발달 프로그램을 그대로 모사한다는 점이 핵심 차이점이다. 그 결과, 하나의 동일한 시스템 안에서 혈액 세포와 박동하는 심장세포가 연속·동시에 나타난다. 이는 실제 발생에서처럼 계통(심장·조혈) 사이의 상호작용을 발생 맥락을 보존한 상태로 관찰·조작할 수 있게 해 주며, 보다 생체유사적인 데이터를 얻는 데 유리하다.
* 난황(yolk sac): 배아 바깥에 있는 작은 막 구조물로, 인간의 경우 태반이 완전히 형성되기 전 초기 배아 발달 단계에서 가장 먼저 혈액 세포를 생성하고 영양분과 가스 교환을 돕는 중요한 역할을 수행하는 기관
연구의 의의
• 줄기세포로 만든 배아 유사 모델이 임신 4~5주 무렵의 착상 이후 초기를 시험관에서 재 현할 수 있음을 보여줌
• 실제 배아를 직접 볼 수 없는 시기에 초기 혈액 형성과 심장 형성의 흐름을 사람 세포 기 반으로 추적·검증할 수 있게 됨
• 하나의 3차원 시스템 안에서 심장세포의 박동과 혈액세포(조혈줄기세포 포함) 생성이 순차적으로 나타나면서 발생 경로를 같은 맥락에서 연결하고 상호작용을 정밀하게 파악할 수 있게 됨
• 약물 스크리닝과 혈액 질환 모델링, 조혈줄기세포 생산 전략의 고도화로 이어질 연구 기반을 제공함
• 결과적으로 초기 인간 발달 지도의 정밀화를 앞당기고 사람 기반 질환 모델의 신뢰도를 높이며 개인맞춤형 조혈줄기세포 확보 가능성까지 확장함
• 향후 재생 치료(regenerative therapies)의 한 분야로, 환자 자신의 세포를 사용해 손상된 조직을 복구하고 재생하는 첫걸음이 됨
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[참고] 헤마토이드(Hematoids) 정의 - 헤마토이드는 인간 다능성 줄기세포(hPSCs)로부터 유도된 3차원(3D) 구조로, 착상 이후 인간 배아 발달을 모사하는 모델이다. 이 구조는 심장세포, 간세포, 내피세포, 조혈세포 등을 포함하며, 특히 조혈 줄기세포(HSC)가 생성되는 ‘조혈 틈새(hemogenic niche)’를 내포하고 있다. 제조 목적 - 인간 배아 발달 초기의 조직 형성과 조혈 줄기세포(HSC) 생성 과정을 모사 - 기존의 배아체(EB) 기반 모델이 재현하지 못했던 ‘정조혈(definitive hematopoiesis)*’을 구현 - 외부 성장인자나 유전자 조작 없이, 내인성 신호만으로 조혈 틈새를 형성하는 모델 개발 * 정조혈(definitive hematopoiesis): 성체에서 혈액 시스템 전체를 형성하는 장기 지속형 HSC(조혈줄기세포)의 근원이 되는 조혈 활동을 일컬음. 초기 배아에서는 대동맥-생식선-중신(AGM, aorta-gonad-mesonephros) 영역에서 주로 발생함. |
윤리적 쟁점
① 배아-유사 모델이 어디까지 ‘배아’로 간주되는지에 따라 연구 범위와 규제의 경계 혼선을 초래할 수 있다.
② 사람 유래 세포 활용이 동의 범위, 프라이버시, 시료·데이터 권리를 둘러싼 지속적 논쟁을 불러일으킬 수 있다.
③ 특허와 상업화가 진행될수록 접근성 격차가 확대되고 공공성보다 이윤이 우선될 우려가 있다.
④ 기술 고도화로 모델의 기능이 확대될수록 사회적 수용성의 임계점과 윤리적 기준의 이동을 촉발할 수 있다.
