과학자들은 실험실에서 성공적으로 인간 줄기세포에서 미니 위장을 만들었으며 이를 통해서 배아에서 볼 수 있는 발전단계를 이끌 수 있다. 참깨보다 크지 않은 살아있는 세포덩어리는 인간의 위장과 유사한 분비선 구조를 가지고 있으며 심지어 내장 박테리아가 살고 있다. 이번 연구결과는 인간배아에서 어떻게 세포가 형태를 형성하고 조직으로 변환되는가를 이해할 수 있게 한다. 이번 연구결과는 학술지 <네이처>지에 발표되었다. 과학자들은 이 ‘위장 유사기관 (gastric organoid)’은 암과 같은 질병을 이해하는데 도움을 줄 수 있으며 약물에 대한 위장의 반응을 조사할 수 있을 것이다.
스탠퍼드 대학의 줄기세포 생물학자인 캐빈 쿠오 (Calvin Kuo)는 “이것은 매우 흥분되는 결과이다. 배양접시에서 되풀이하는 것은 기술적으로 매우 힘든 것”이라고 말했다. 줄기세포를 이용해서 미니 위장의 유도만능성을 갖도록 했다: 적절한 환경을 만들어주면 이 줄기세포는 어떤 형태의 세포로 자랄 수 있다. 하지만 실험실에서 특정한 경로로 정확하게 반복하고 재현하도록 유도하는 것과 어떠한 종류의 조직이 될 것인지를 알려주는 단백질과 호르몬의 신호를 알아내는 것은 힘든 작업이다. 이전에 실험실 배양접시에서 신장과 간 그리고 뇌와 내장을 이러한 기술을 이용해서 만들었다.
유도만능줄기세포를 위장세포로 전환시키는데 있어서 핵심은 내장과 소장의 출구부분에 있는 위장의 일부분인 공동 (antrum)에서 자라는 조직들 사이의 스위치 역할을 하는 상호작용의 경로이다. 줄기세포가 3일 정도 되었을 때 연구자들은 이 경로를 억제하는 노긴 (Noggin)을 포함한 단백질 칵테일과 비타민 A에 들어가있는 레티노산 (retinoic acid)의 정확한 양을 넣었다. 그리고 9일이 지난 후에 이 세포는 단백질이 가득한 용액에서 자라도록 남겨놓았다.
34일이 지나면서 그 결과 나타난 유사조직은 직경이 몇 밀리미터에 불과했으며 혈액세포나 면역세포가 없었으며 먹이를 처리할 수 있는 능력이나 담즙을 분비할 수도 없었다. 하지만 이 샘구조와 각 마커들은 실험쥐에서 얻은 통제된 조직의 발달과 같은 형태의 발달과정을 겪고 있었다. 미국 오하이오의 신시내티 어린이 병원 (Cincinnati Children’s Hospital)의 발달생물학자인 제임스 웰즈 (James Wells)는 이러한 과정이 “놀랍게도 실제 위장과 유사하다”고 주장했다. 이러한 유사성으로 인해서 연구자들은 이 미세한 위장을 가지고 인간질병을 테스트하는 대상으로 사용할 수 있다. 여기에 공동을 표적으로 하는 박테리아인 헬리코박터균(Helicobacter pylori)을 주입하여 궤양이나 위암을 일으킬 수 있다. 24시간 안에 이 연구팀은 헬리코박터균이 이 유사조직 세포분열을 정상상태보다 두 배 정도 빠르게 한다는 것을 발견했으며 종양을 일으키는 특정한 유전자인 c-Met 유전자를 활성화하게 된다. 이러한 결과는 헬리코박터에 감염된 인간의 위장에서도 볼 수 있는 것이다.
연구자들은 배아세포와 피부에서 유도된 유도만능줄기세포에서 모두 위장 유사조직을 배양할 수 있다고 장했다. 세인트 루이스의 워싱턴 대학 의대의 위내장 병리학자인 제이슨 밀스 (Jason Mills)는 각기 다른 사람들의 세포에서 수천 개의 유사조직을 배양할 수 있으며 개별 유전학적인 역할을 연구하기 위해 병원체에 감염시킬 수 있다고 상상해왔다. 웰즈는 그의 연구팀의 장기적인 목표는 개별 위장조직을 배양하여 인간의 위궤양을 치료할 수 있도록 하는 것이다. 그와 그의 동료들은 이미 인간의 유사조직을 이용해 실험쥐에서 위의 구멍을 막는 방법을 찾는데 사용하고 있다.
출처: <네이처> 2014년 10월 29일 (Nature doi:10.1038/nature.2014.16229)
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