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콜라겐과 다른 분자로 구성된 3D 바이오스캐폴드를 삽입하여 변형된 간 세포를 쥐에게 삽입한 결과 혈우병A 환자에게서 결핍된 응고 단백질인 8인자가 생성되었다.
연구원들에 따르면, 이러한 바이오스캐폴드는 혈우병 A의 관리, 치료의 표준 방법인 8인자 대체요법의 대안일 수 있다고 한다.
이 새로운 치료 전략은 '줄기세포 결과와 치료' 저널에서 <간세포와 유사한 세포를 심은 피하 복강 내 바이오스캐폴드 : 기능 평가>라는 제목의 연구에서 입증되었다.
대체요법은 혈우병A의 표준 치료법으로서, 누락된 8인자를 필요에 따라 출혈을 치료하거나 예방을 위해 환자에게 공급된다.
그러나 대체요법은 평생 사용해야 하며 높은 비용을 수반하는 등 몇 가지 단점이 있다. 또한 이 치료법을 사용하는 환자는 8인자 항체를 발현시켜 그 효과를 떨어뜨릴 수 있다.
8인자는 보통 간세포에서 생산되기 때문에 혈우병 환자가 선택할 수 있는 장기 치료 전략은 건강한 8인자를 생성하는 간세포로 성장할 수 있는 줄기세포를 이식하는 방식이 있다.
이러한 줄기세포를 전달하는 한 가지 방법은 간의 세포외 기질(ECM)에 이식하는 것인데, 이는 콜라겐과 세포를 둘러싸고있는 3D 골격을 형성하는 다른 분자들의 집합체이다. 기존의 세포들은 탈세포화라고 알려진 과정을 통해 간의 ECM에서 제거되고 완전한 기능을 간세포가 될 줄기세포로 대체될 수 있다.
현재, 이집트 카이로 대학의 연구원들과 그들의 동료들은 쥐에게 탈세포화된 간 ECM을 이식하거나 인간 줄기 세포로 씨앗을 뿌린 바이오스캐폴드를 삽입함으로써 이 방법의 실현 가능성을 탐구했다. 그들의 목표는 인간의 줄기세포가 8인자를 만들 수 있는 간세포로 변형되거나 분화할지를 결정하는 것이었다.
ECM 스캐폴드는 돼지에서 분리되고 탈세포화된 다음 사람의 골수에서 추출된 간엽성의 줄기세포라고 알려진 성체 줄기세포의 한 종류에 이식된다. 이 줄기세포들은 14일동안 간과 같은 세포로 분화를 유도하는 두 개의 단백질로 취급되었다.
현미경 분석을 통해 연구자들은 줄기세포의 외형을 조사함으로써 줄기세포가 간과 유사한 특성을 가진 세포로 변했는지 아닌지를 판단할 수 있었다: 분화된 세포는 뚜렷한 모양과 둥근 핵을 가진 군집을 형성하는 경향이 있었다.
그리고 나서 세포들은 분화된 간세포의 특징적인 구조적, 분자적 특징을 식별하기 위해 염색되었다. 분화 과정의 7일차까지, 세포들은 미성숙한 간세포의 표시물인 알파-페토프로틴(alpha-fetoprotein_AFP)을 발현하거나 생산하기 시작했다. 14일째 AFP의 발현은 줄었지만 성숙한 간세포의 표시물인 시토케라틴(cytokeratin 19 _CK19)의 발현은 증가했다.
마찬가지로, AFP를 생성하는 세포에 의해 덮인 부분은 7일차까지 확장되었다가 14일차에는 현저히 감소했다. 더욱이, CK19를 발현하는 세포의 면적은 14일간의 분화 과정 동안 계속해서 증가하였다.
세포 분화는 간세포에서 생성되는 단백질 알부민(protein albumin)의 생산(평균 1.06mcg/mL)이 분화되지 않은 조절 세포(평균 0.2mcg/mL)에 비해 현저하게 증가하여 확인되었다. AFP의 평균 수준은 대조군 세포(평균 20.8 mdg/mL)보다 분화된 세포 (평균 12.93 mcg/mL)에서 유의하게 높았다.
생체 내 혹은 살아있는 유기체 내에 이식된 바이오스캐폴드를 평가하기 위해 연구자들은 14마리의 생쥐에게 바이오스캐폴드를 이식했다. 7마리는 피하에 이식하였고 다른 7마리는 복강 내에 이식하였다. 다른 그룹의 7마리는 비교를 위해 어떠한 처치도 하지 않았다. 10일 후, 피하와 복강에 바이오스캐폴드를 이식한 동물 외에도 혈액 샘플을 분석할 모든 동물의 데이터를 수집하였다.
혈액 테스트를 통해 바이오스캐폴드를 이식 받은 동물에게서 인간 8인자 생성을 확인했으며, 피하 이식이 된 쥐는 복강 내에 이식이 된 쥐보다 상당히 높은 수치를 보였다.
연구자들은 "피하 삽입 그룹에서 혈액의 8인자 평균값이 더 높으므로 복강 내 투여보다 피하 투여가 더 선호된다"고 전했다.
피하 이식된 쥐의 피부 부위를 검사한 결과 AFP와 CK19에도 양성인 모공 기저부에서 변형된 간 유사 세포의 존재가 밝혀졌다. 마찬가지로, 이러한 마커에 양성인 간 유사 세포는 복강에 바이오스캐폴드를 이식한 쥐의 복막 조직 부분에서도 관찰되었다.
연구팀은 또한 미성숙 AFP 양성 세포의 영역이 피부 부위에 비해 복막 조직 샘플에서 더 크다는 것을 발견했다. 대조적으로, CK19를 발현하는 성숙한 간 유사 세포의 영역은 복막 부분보다 피하 조직에서 훨씬 더 높았다.
"쥐에서 분화된 줄기세포를 심은 탈세포화된 바이오스캐폴드를 이식해 8인자의 생산을 확립하는 데 성공했다"고 연구원들은 썼다.
"간세포와 유사한 세포를 이식한 바이오스캐폴드의 합성을 위한 탈세포화 전략은 혈우병 환자를 치료하기 위한 재조합 8인자제제에 대한 대안을 제시할 가능성이 있다"고 그들은 결론지었다.
[헤모라이프 육연희 기자]
육연희 기자 Yeonhee@newsfinder.co.kr