기능성 생쥐 소장 실험실 배양 성공

작성자
생명과학연구원
작성일
2011-07-11 00:00
조회
119

기능성 생쥐 소장 실험실 배양 성공

조직공학 연구 활발

2011년 07월 08일(금)

▲ 조직공학 개념도  ⓒWkimedia Commons
트랜스포머3로 흥행돌풍을 일으키고 있는 마이클 베이 감독의 전작 ‘아일랜드’는 복제장기를 주요 모티브로 활용한 블록버스터 영화이다. 손상된 고객의 장기를 고객의 복제인간을 통해 건강한 장기로 대체하는 것이 ‘아일랜드’ 회사의 역할이다.

영화에서 등장한 인간복제는 장기이식의 가장 완벽한 해결책이 될 수는 있지만 배아나 수정란을 이용하기 때문에 이에 따른 생명의 존엄성과 윤리적 논란에서 자유로울 수 없다. 이에 반해 조직공학(tissue engineering)은 사람의 살아있는 세포를 사용하여 인체 조직이나 기관을 만드는 것을 말한다.

조직공학, 1980년 첫 인공피부 제작

이를테면 환자 자신의 조직에서 세포를 분리하여 체외에서 생체조직과 장기로 만드는 것이다. 조직공학은 1980년 미국 MIT 대학이 화상 환자를 위한 인공피부를 제작하면서 새로운 학문분야로 인정받기 시작했다.

‘재생의학’은 인류의 오랜 숙원이다. 아직까지 걸음마 단계인 재생의학의 첫 단계는 인간에게 적용하기에 앞서 인간의 자연적인 조직과 동일하게 작동하는 인공적인 조직을 만드는 일이다.

미국 로스엔젤레스 아동병원 연구팀은 최근 생쥐를 모델로 작은 소장을 만드는데 성공했다. 이 소장은 자연 상태 소장의 구조를 복제했다. 연구팀은 “다세포를 이용한 시도를 통해 생쥐 소장의 일부가 형성했다”고 ‘조직공학 파트A, 바이오메디컬 저널(Tissue Engineering Part A, a biomedical journal)' 7월호 이슈란에 보고했다.

로스엔젤레스 아동병원 트레이시 그릭샤이트(Tracy Grikscheit) 박사는 “연구를 통해 우리는 생쥐모델 실험에서 조직공학적으로 소장을 배양할 수 있다는 점을 증명했다”며 “이는 이 조직을 어떻게 더 잘 자라게 할 수 있는지에 대한 이해를 증진시킬 것”이라고 덧붙였다.

소아과 의사로써 그릭샤이트 박사는 ‘신생아괴사성장염(necrotizing enterocolitis,NEC)’이라는 질환에 관심이 많았다. 신생아괴사성장염은 장이 손상됐을 때 발생하지만 원인이 무엇인지는 아직까지 규명돼지 않은 질병이다.

신생아괴사성장염의 초기 치료는 잠재적으로 생명에 위협이 될 수 있는 박테리아의 복부유출을 막는 데 있어 매우 중요하다. 종종 유일한 해결방안은 외과수술로 소장을 제거하는 것이다.

하지만 외과적 수술은 아기들에게 정맥을 통한 영양공급과 이로 인한 간 손상의 위험 등을 불러온다. 장기이식도 가능하기는 하지만 장기적인 해결방안은 아니다. 이식받은 장기가 5년까지 생존할 확률이 50% 수준이기 때문이다.

실험실 기능성 생쥐 소장 조직 첫 배양 성공

그릭샤이트 박사는 보다 향상된 해결방안을 구상했다. 소장은 절묘하게도 재생하는 장기이다. 소장 세포들은 지속적으로 사라지고 다시 재생된다. 그는 이 점에 착안했다. 소장세포의 재생능력을 아이들의 치료에 활용한 셈이다.

연구팀은 생쥐로부터 소장조직 샘플을 이용했다. 이 조직은 소장을 구성하는 다양한 세포의 층으로 구성됐다. 근육세포와 상피세포 등이 포함된다. 연구팀은 이 세포의 혼합체를 생분해 중합체 위에 놓여진 복부에 이식했다.

연구팀이 기대한 것은 새롭게 조직공학된 작은 소장이 자라서 정상적인 소장의 모든 세포를 갖는 것이다. 이식한 세포들은 모두 녹색 표지를 달고 있어서 연구팀은 어떤 세포들이 이식받은 세포들인지, 이식받은 세포로부터 소장의 중요한 구성세포들이 만들어졌는지 여부를 확인할 수 있다. 

로스엔젤레스 아동병원 헨리 포드 박사는 “이번 연구의 새로운 점은 조직 공학으로 만든 소장이 소장의 제 기능을 수행하기 위한 모든 중요한 종류의 세포를 다 갖고 있다는 점”이라고 말했다.

그는 “소장기능의 장애를 겪는 아이들에게 독성이 있는 약물을 사용하지 않는 다른 해결방안을 찾는 것은 중요한 이슈”라면서 “자연적인 소장의 모든 성분을 갖고 있는 조직 공학적 소장은 한 단계 진일보한 성과”라고 말했다.

연구팀은 근육, 신경, 상피 그리고 혈관 등 모든 중요한 세포들이 배양됐음을 증명했다. 이 모든 세포들은 조직이 제 기능을 수행하는데 결정적인 인자들이다. 논문의 제1저자인 프레데릭 살라 박사는 “우리는 이들 세포들의 원천을 알고 있다. 이를 통해 소장 질환을 앓고 있는 아이들 치료에 한 걸음 더 다가설 수 있을 것”이라고 기대했다.

앞서 지난달 27일에는 일반인이 기증한 피부세포를 배양해 혈관을 만들어 신부전 환자에 투석용 혈관으로 이식하는 실험이 사상 최초로 미국에서 성공했다.

피부세포 배양 혈관 이식 성공

미국 사이토그래프 조직공학회사에 따르면 기증자의 피부세포를 배양해 만든 혈관을 말기신부전 환자 3명에게 투석용 혈관인 동정맥단락으로 이식해 8개월이 지난 결과 현재까지 아무런 거부반응 없이 이를 통한 투석이 이루어졌다.

신부전 환자가 혈액 투석을 하려면 자신의 동맥혈을 투석기로 빼냈다가 투석된 혈액을 다시 정맥을 통해 되돌려 준다. 이때 동맥과 정맥의 출입구로 사용되는 투석용 혈관이 동정맥단락이다. 이 단락은 환자 자신의 혈관을 떼어내 쓰기도 하지만 그럴만한 혈관이 많지 않아 대개 플라스틱 튜브를 쓴다.

사이토그래프 매컬리스터 박사는 공여자의 손등 피부조직을 조금 떼어내 피부세포를 채취, 6개월에 걸쳐 시트 모양으로 배양한 다음 빨대 모양의 임시 지지대에 둘둘 말아 직경 4.8mm, 길이 30cm의 혈관을 만들어 신부전 환자에 이식했다고 밝혔다.

매컬리스터 박사는 이식된 인공혈관에 대해서는 거부반응이 나타나지 않고 있다고 밝히고 인공피부가 화상환자에게 이미 이용되고 있는 것으로 미루어 놀라운 일은 아니라고 말했다.

기증자의 피부세포로 면역체계의 거부반응이 없는 혈관을 만들 수 있다는 것은 앞으로 길이와 지름이 다른 여러 종류의 혈관을 만들어 보존했다가 붕대 같은 의료용품처럼 필요할 때 갖다 쓸 수 있는 시대가 올 수 있음을 예고한다.

이번 연구결과는 미국심장학회(American Heart Association)가 주최한 특별온라인 학술회의에서 발표됐다.

이성규 객원기자 | henry95@daum.net

저작권자 2011.07.08 ⓒ ScienceTimes