생명/의료

성체 줄기세포로 생쥐 체외 인공 랑게르한스섬 구축

발행일 : 2020 / 03 / 25

당뇨병은 인류 건강을 위협하는 3대 주요 만성 비감염성 질병 중 하나이다. 랑게르한스섬 베타 세포 기능 장애는 인슐린 분비 불충분을 초래하며 많은 환자는 평생 인슐린 치료를 필요로 한다. 최근 랑게르한스섬 이식이 새로운 당뇨병 치료 방법으로 떠오르지만 랑게르한스섬 공여자의 심각한 부족으로 보급이 어렵다. 중국과학원 분자세포과학탁월혁신센터 쩡이(曾艺) 연구팀은 실험용 생쥐를 이용한 실험을 통해 성공적으로 생쥐 랑게르한스섬의 줄기세포 분류군을 감정하고 줄기세포 체외 배양 방법으로 생쥐 “인공 랑게르한스섬”(랑게르한스섬류 기관)을 획득함으로써 인체 “인공 랑게르한스섬” 연구를 위한 이론적 근거와 기술적 지원을 마련했다. 해당 성과는 “Cell”에 게재되었다.

이식에 사용할 수 있는 랑게르한스섬 베타 세포를 지속적으로 획득하는 방법은 무엇일가? 한 가지 방법은 장기 또는 조직 자체의 성체 줄기세포를 이용하여 체외에서 유사 기능을 보유한 장기를 “모조”하는 방법이다. 장기 특유의 성체 줄기세포는 “천연” 분화 경로를 따르고 체외의 적절한 배양 조건에서 자기재생과 분화를 통해 해당 장기의 기능 세포를 형성한다. 성체 줄기세포에 기반하여 획득한 이러한 유형의 “인공” 장기의 안전성과 조작 단순성은 이미 장(肠道)을 포함한 여러 시스템에서 검증 받았다. 그러나 랑게르한스섬의 성체 줄기세포 존재 여부는 논란의 여지가 있다. 랑게르한스섬 줄기세포를 발견하고 감정하는 것은 기능성 랑게르한스섬류 장기를 배양하는 선결 조건이자 또한, 장기적인 어려움이다.

연구팀은 생쥐를 이용하여 랑게르한스섬의 성체 줄기세포를 찾는 과정에서 실험용 생쥐에서 한 그룹의 새로운 세포 유형인 Procr+ 세포를 발견했다. 해당 세포 그룹이 기존에 알려진 랑게르한스섬 분화 세포와 완전히 다르고 미분화 상태에 있을 가능성이 있음을 확인한 후, 연구팀은 실험을 통해 Procr+ 세포가 체내의 정상적인 생리 상태에서 랑게르한스섬의 모든 세포 유형으로 분화 형성 할 수 있음을 발견함과 아울러 해당 그룹 Procr+ 세포가 랑게르한스섬의 성체 줄기세포임을 입증했다.

체내 발견을 체외 응용으로 전환하기 위하여 연구팀은 3D 배양 시스템을 구축하여 성공적으로 기능성 생쥐 랑게르한스섬류 기관을 획득했다. 체외에서 “복제”한 “인공 랑게르한스섬”은 랑게르한스섬의 모든 세포 유형을 포함하고 진짜 생쥐 랑게르한스섬 기능, 형태 등 방면이 모두 아주 유사했으며 당 자극에 신속하게 반응하고 인슐린을 분비할 수 있다. 또한, 이러한 생쥐 랑게르한스섬류 기관은 체외에서 20대 이상까지 대대로 “번식”할 수 있으며 매번 번식에서 3~7배의 세포 수 증가를 유지한다. 즉, 하나의 “인공” 장기는 매주 한 세대 번식하며 매 세대는 3~7개의 “후대”를 번식할 수 있다. 장기간 배양한 이러한 유사 장기를 당뇨병 생쥐 내에 이식한 경우, 생쥐의 혈당 수준이 회복되고 당뇨병 증상이 경감되었다. 이는 Procr+ 랑게르한스섬 줄기세포의 응용 잠재력을 입증한다.

해당 연구는 최초로 생쥐 랑게르한스섬의 성체 줄기세포의 “신분”을 감정하였고 장기간 성체 랑게르한스섬의 줄기세포 존재 여부를 둘러싼 논쟁에 답하였으며 줄기세포 기초 연구의 획기적인 성과이다. 해당 연구에서 구축한 생쥐 랑게르한스섬류 기관 배양 시스템은 체외 모델로 하여 생리 및 병리 조건에서의 랑게르한스섬 세포의 증식, 분화 및 미세환경과의 상호작용을 연구할 수 있으며 향후 체외에서 대량의 기능성 인간 랑게르한스섬 베타 세포를 획득하기 위한 새로운 방향을 개척했다. 그러나 현재 연구는 생쥐 모델에서 취득한 성공일 뿐, 인체의 랑게르한스섬의 성체 줄기세포 존재 여부 및 체외 랑게르한스섬 배양 가능 여부는 심층 연구가 필요하다.

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