[바이오타임즈] 캘리포니아 샌디에고 의학 대학의 과학자들은 척수 손상을 치료하기 위해 이식이 가능한 세포의 근원을 대표하는 embryonic human pluripotent stem cells(hPSCs) 로부터 척수 신경 줄기세포를 개발했다.
실험에 사용된 인간 척수 NSC는 오랜 기간 동안 배양이 가능하며, 실험 쥐의 손상된 척수에 이식되었을 때 주요 신경 세포 종류들로 분화되는 것을 보여주었다. 이식은 흥분성 뉴런이 풍부하고, 축색 돌기가 넓게 확장하여 숙주의 신경 세포와 시냅스를 형성한다. 그리고 표적 구조물에 신경을 분포시키며, 피질척수의 재생과 동물의 운동 기능의 향상을 촉진한다.
신경과학 교수이자 UC San Diego Translational Neuroscience Institute의 책임자인 Mark Tuszynski 의학박사를 필두로 연구원들은 hPSC에서 유래된 척수 NSC가 척수 장애 모델링에 귀중한 도구임을 말한다. “우리는 모든 척수 신경 간세포 유형을 포함하여 확장 가능한 인간 척수 NCS의 근원을 수립했다, “고 Nature Methods 와 post-doctoral scholar에 게재한 논문의 주요 저자인 의학박사 Hiromi Kumamaru가 밝혔다.
“이식에 있어 이 세포들은 복부에서 등까지 이르는 척수에서 발견된다. 이 세포들은 실험 쥐의 척수 손상 후, 피질척수 축색 돌기를 포함하여 재생을 촉진하는데 이는 인간의 자발적인 운동 기능에 있어 매우 중요하다. 이 세포들은 쥐들의 기능 회복을 도왔다.” Dr. Kumamaru와 그의 동료들은 그들의 연구를 학술지 Nature에 기재했다.
척수 NSC는 손상된 신경 회로를 복구하고 축색 돌기 재생의 가능성이 있으나, 현재까지 아무도 체외 실험에 성공한 적은 없다고 저자는 말했다. 더 나아가, 척수 복구을 위한 이러한 세포의 유용성은 각기 다른 종류의 뉴런과 지지하는 교질 세포를 포함해 체내에서 요구하는 모든 주요 세포 타입을 만들어 내야만 가능하다. “척수 장애를 포함한 척수 부상(SCI), 근위축성측색경화증, 척수근육위축증을 위한 치료법은 다수의 뉴런 및 신경교 제세포를 만들어낼 수 있는 지역적 척수 정체성을 가진 세포 근원이 필요하다,”라고 그들은 밝혔다.
척수 손상을 입은 실험쥐의 초기 체내 이식 실험은 이식된 줄기 세포에서 유래된 인간의 척수 NSC가 살아남아 이식 후 수개월 후에도 부상을 입은 숙주의 척수까지 축색 돌기를 손쉽게 확장시킨 것을 보여준다. 3개월 이내에 이식에서 유래된 80퍼센트의 세포들이 뉴런 마커를 나타내었으며, 이식 후 6개월 즈음에는 이식에서 파생한 세포 모두가 성숙한 희돌기교세포, 성상세포, 그리고 뉴런 마커를 나타냈다. “이러한 결과는 H9-hESC에서 파생된 척수 NSC는 체내에서 기본적인 신경 혈통을 발생시킬 수 있음을 나타낸다, “고 연구팀은 기술했다. 마커 표현에 대한 더욱 심도깊은 분석은 이식 후 6개월까지, 척수 NSC 이식은 운동 뉴런, 중간 뉴런, 흥분 뉴런, 그리고 억제성 뉴런을 포함한 다양한 뉴런 특수형으로 분화되었음을 시사한다. “특히, 척수 NSC는 지배적으로 흥분 뉴런의 운명을 선택했다,” 라고 저자가 덧붙였다.
이식은 손상된 부위에서 매우 많은 수의 인간 축색 돌기를 연장했는데, 손상 부위는 척수의 백색 물질을 관통하고 세 갈래의 회색 물질의 숙주로 나뉘어졌다. 세부적인 면역 전자 현미경은 이식에서 숙주로, 그리고 숙주에서 이식으로의 시냅스(염색체의 병렬 접합)의 형성을 시사했으며 mono-trans-synaptic rabies virus technology라 불리는 접근법을 사용하여 연구자들은 인간 뉴런 이식과 연결된 숙주 뉴런이 숙주의 주요 관리 센터와 함께 신경 접합부 연결을 만들어 내는 것을 입증할 수 있었다.
쥐를 대상으로 한 실험은 ESC를 유래 척수 NSC가 피질 척수 재생을 지원하는 것이 사실임을 보여주었다. 피질 척수 재생은 자발적 운동을 다시 획득할 수 있는 능력의 핵심이다. 척수 손상을 가진 쥐를 대상으로 한 이식 실험은 2-3 개월을 걸쳐 hESC에서 유래된 척수 NSC 이식을 통해 뒷다리 운동 능력을 회복할 수 있음을 입증하였다.
연구원들은 비록 첫번째 비인간 영장류를 대상으로 한 실험에서 접근법의 안정성과 효과를 위해 추가적인 연구가 필요함을 인정하였으나, 그들의 배양 시스템이 임상 실험 환경에서 척수 손상 치료를 위한 세포를 끌어낼 수 있는 규모를 확대하는 가능성을 제공한다고 말한다. 광범위한 척수 신경 종류 및 신경교 세포 종류를 배양해내는 능력은 과학자들이 질병을 모델링하고, 근위축성 측색 경화증, 진행성 근위축증, 유전성 강직성 하반신마비, 척수소뇌실조증과 같은 질병에 대한 스크리닝 접근법을 개발하는데 또한 도움이 될 수 있다.
“hPSC로부터 파생된 척수 NSC는 체외에서 진행되는 질병 모델링을 위한 광범위한 생물 의학 응용을 가능하게 하고, 여러 척수 질환에 있어서 ‘대체’ 전략을 위한 임상적으로 향상된 변환 가능한 세포 근원을 구성한다”라고 그들은 마무리 지었다.
[바이오타임즈=안선희 기자] smbio.sunny@gmail.com
