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2024-11-22 (금)

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세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발

미국 텍사스대 과학자들이 완전하고 기능적인 인간 면역체계를 가진 쥐 모델 개발에 성공했다. 이 모델은 또한 특정 항체 반응을 생성할 수 있는 인간과 유사한 장내 미생물군을 가지고 있는 것으로 보고됐다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 8일(현지시간) 보도했다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강 과학센터의 과학자들이 개발한 이 인간화된 쥐는 TruHuX(진정한 인간, 또는 THX)라는 이름을 가지고 있다. 텍사스 대학교 롱 의과대학 미생물학, 면역학 및 분자유전학과의 파울로 카살리(Paolo Casali) 교수 연구팀은 면역학 및 미생물학 분야에서 50년 이상의 경력을 지닌 연구자로, 항체 반응의 분자 유전학 및 후성유전학 분야의 전문가다. 연구팀은 기존 인간 모델의 한계를 극복하기 위해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 가진 인간화된 쥐 모델 개발을 목표로 했다. 쥐는 크기가 작고, 취급이 용이하며, 인간과 많은 면역 요소 및 생물학적 특성을 공유하고, 유전적 변형이 용이하기 때문에 생물학 및 생물 의학 연구에 널리 사용된다. 그러나 1600개 이상의 쥐 면역 반응 유전자 중 상당수는 인간 유전자와 일치하지 않아 인간 면역 반응 예측에 차이 또는 결함을 초래한다. 이러한 이유로 인간 면역 반응을 정확하게 재현하는 '인간화된 쥐' 모델 개발이 중요한 과제로 떠올랐다. 본 연구는 2024년 8월 '네이처 이뮤놀로지(Nature Immunology)' 저널에 게재될 예정이다. 탯줄 혈액서 분리한 인간 줄기세포 쥐 심장에 주입 연구팀에 따르면 이 TruHuX 쥐 모델에는 림프절, 생식 중심, 흉선 인간 상피 세포, 인간 T 림프구와 B 림프구, 기억 B 림프구, 그리고 인간에서 발견되는 것과 동일한 고도로 특이한 항체와 자가항체를 생성하는 형질 세포가 포함되어 있다. 1980년대에 인간 HIV 감염 및 면역 반응 모델링을 위해 처음으로 인간화된 쥐가 개발됐다. 이후 면역결핍 쥐에 인간 말초 림프구, 조혈모세포 또는 다른 인간 세포를 주입하는 방식으로 인간화된 쥐가 계속 개발되어 왔다. 그러나 기존 모델들은 완전히 기능하는 인간 면역 체계를 갖추지 못하고, 수명이 짧으며, 효과적인 면역 반응을 나타내지 못했다. 이로 인해 인간 면역 치료제 개발, 인간 질병 모델링 또는 인간 백신 개발에 적합하지 않았다. 카살리 교수 연구팀은 탯줄 혈액에서 분리한 인간 줄기세포를 면역결핍 NSG W41 돌연변이 쥐의 심장(좌심실)에 주입하는 방식으로 연구를 시작했다. 몇 주 후, 이식된 줄기세포가 안정화되면 쥐에게 17β-에스트라디올(E2)을 투여하여 호르몬 조절을 진행했다. 에스트로겐은 인체에서 가장 강력하고 풍부한 형태의 여성 호르몬이다. 에스트로겐을 통한 호르몬 조절은 이전 연구 결과에 근거하여 진행되었다. 이는 에스트로겐이 인간 줄기세포 생존율을 높이고, B 림프구 분화와 바이러스 및 박테리아에 대한 항체 생성을 촉진한다는 점을 시사한다. 카실리 박사는 "에스트로겐 활성을 중요하게 활용하여 인간 줄기세포와 인간 면역세포 분화 및 항체 반응을 지원함으로써 THX 쥐는 인간 면역계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 이렇게 개발된 TruHuX(THX) 쥐는 림프절, 배중심, 흉선 상피 세포, 인간 T 및 B 림프구, 기억 B 림프구 및 형질 세포를 포함해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 갖추고 있다. 프리스테인 주입시 루푸스 발현 THX 쥐는 실모넬라 편모 단백질 및 화이자 COVID-19 mRNA 백신 접종 후 각각 살모넬라 티피뮤리움 및 SARS-CoV-2 바이러스 스파이크 S1 RBD에 대한 성숙한 중화 항체 반응을 나타냈다. 또한 염증 반응을 유발하는 기름인 프리스테인 주입 후 전신성 호반성 루푸스 자가면역 질환을 발병할 수 있다. 카실리는 이 새로운 발견이 암 체크포인트 억제제와 같은 면역치료제, 인간 박테리아 및 바이러스 백신 개발, 다양한 인간 질병의 모델링 등 인간 생체 내 실험에 새로운 길을 열었다고 설명했다. 또한 이 새로운 접근 방식이 면역학 및 미생물학 연구에서 비인간 영장류 사용을 대체할 수 있다는 낙관적인 전망을 내놓고 있다. 에스트로겐과 면역 체계에 대한 이전 연구가 부족했기 때문에 카실리 교수는 이번 발견이 해당 주제에 대한 추가 연구를 촉진하기를 기대하고 있다. 카실리 교수는 "THX 쥐는 에스트로겐 활동을 활용해 인간 줄기세포 및 면역세포 분화와 항체 반응을 지원함으로써 인간 면역 체계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 연구팀은 현재 THX 쥐 모델을 사용하여 전신 및 국소 수준에서 SARS-CoV-2(COVID-19)에 대한 생체 내 인간 면역 반응, 인간 기억 B 림프구, 생성을 위한 핵 수용체 RORα 의존성, RORα 발현 및 조절 장애로 이어지는 사건을 조사하고 있다. 연구팀은 또한 인간 형질세포 생성을 매개하는 후성유전학 요인과 메커니즘을 탐구하고 있다. 형질세포는 박테리아, 바시리스 또는 암세포에 대한 항체를 초당 수천개씩 만드는 일종의 세포 공장이다.
- IT/바이오
2024-07-09
중국 의료진, 세계 최초 줄기세포로 당뇨병 치료

중국 연구진이 세계 최초로 줄기세포 치료법을 사용해 59세 남성의 당뇨병을 치료했다고 밝혔다. 59세 남성인 이 환자는 2021년 세포 이식을 받았고, 지난 2022년부터는 당뇨 약물 치료를 받지 않고 있다고 데일리메일이 전했다. 이번 줄기세포 당뇨병 치료에는 인슐린을 생성하고 혈당 수치를 정상으로 유지하는 췌장의 인공 세포를 만드는 것이 포함됐다. 남성 환자는 25년 동안 제2형 당뇨병을 앓고 있었고 췌장 세포의 기능이 거의 모두 상실된 상태였다. 그는 당뇨병성 혼수상태에 빠지는 것을 막기 위해 매일 여러 차례 인슐린 주사를 맞아야 하는 등 치명적인 합병증의 위험도 높았다. 중국에서의 당뇨병 치료 사례(사실임을 전제로)는 당뇨병 환자가 음식 등 생활 방식을 바꾸지 않고도 혈당을 자연적으로 조절하는 신체의 능력을 회복하는 것이 가능하다는 점을 시사하고 있다. 이 치료법은 신체가 기능하는 데 필요한 다양한 유형의 세포로 전환될 수 있는 공백 상태의 줄기세포를 사용했다. 적절한 조건에서 줄기세포는 뇌, 근육, 신장, 심지어 췌장 조직으로도 변할 수 있다는 것이다. 이번 치료에서는 환자의 줄기세포를 췌장 세포로 바꾸는 화학 칵테일을 사용했다고 한다. 이 세포가 인슐린을 생산하는데, 에너지 생성을 위해 섭취하는 음식에서 당분을 언제 끌어와야 하는지를 신체에 알려준다. 당뇨병 환자의 경우 췌장은 혈당을 조절하기에 충분한 인슐린 생산 및 조절 능력을 상실한다. 혈액에 당분이 너무 많거나 너무 적으면 신경 손상, 신장 손상, 심장병 등 합병증이 발생할 수 있다. 의사들이 중국 환자에게서 관찰한 내용에 따르면, 실험실에서 배양한 인슐린을 생산할 수 있는 새로운 세포를 환자에게 이식함으로써 환자는 다시 정상적으로 인슐린을 생산할 수 있었다고 연구팀은 밝혔다. 캐나다 브리티시컬럼비아 대학교의 세포 및 생리학 교수인 티모시 키퍼는 사우스차이나모닝포스트와의 인터뷰에서 이 연구가 당뇨병 줄기세포 치료 분야에서 중요한 발전을 의미한다고 말했다. 이번 성과가 당뇨병 치료에 고무적이지만 시장에서 받아들여지기까지는 아직 갈 길이 멀다는 지적이다. 키퍼 교수는 더 많은 환자들을 대상으로 줄기세포 치료법을 테스트하고, 연구 규모를 확대할 수 있는 방법을 찾아야 한다고 제안했다. 현재 줄기세포를 췌장 세포로 바꾸어 제대로 작동하게 만드는 것은 매우 복잡하고 시간이 많이 걸리며 비용도 많이 든다. 이 방법이 여러 환자들에게 가능할 수 있게 하기위해서는 그 과정을 더 쉽게 만들어야 할 것으로 보인다. 이 연구는 또 일반적인 당뇨병인 제2형 당뇨병을 치료하는 데에만 효과가 있을 가능성이 있다. 연구팀은 췌장이 면역체계의 공격을 받은 제1형 당뇨병 환자는 면역체계가 새로 이식된 세포를 거부할 수 있기 때문에 이 치료법 적용이 어려울 수 있다고 밝혔다. 아직 넘어야 할 장애물이 남아 있음에도 불구하고, 줄기세포 치료는 현재 당뇨병을 앓고 있는 3840만 명의 미국인과 당뇨병 발병 단계인 9760만 명의 미국인에게 큰 희망이 될 수 있다. 이 연구 결과는 '셀 디스커버리(Cell Discovery)' 저널에 게재됐다. 이는 줄기세포를 여러 장기 세포로 전환하는 방법에 대해 여러 국가에서 수십 년간 진행한 연구 결과다. 연구팀은 줄기세포 기술은 성숙해졌으며 당뇨병 치료를 위한 재생 의학 분야의 경계를 넓혔다고 말했다. 이번 연구는 상하이에 있는 세 기관(상하이 창정병원, 중국과학원 산하 분자세포과학 우수센터, 렌지병원) 간의 협력으로 이루어졌다. 키퍼 교수는 앞으로 이 치료법이 당뇨병 환자를 만성 약물 부담에서 해방시키고, 건강과 삶의 질을 향상시키며, 의료비 지출을 줄일 수 있을 것이라고 기대했다.
- IT/바이오
2024-05-29
세계 최초 iPS 세포 치료제, 일본 스타트업 쿼오립스서 승인 추진

일본 스타트업 쿼오립스가 심장병 치료를 위한 인간 유도만능줄기세포(iPSC) 유래 치료제에 대한 세계 최초 정부 승인을 신청한다고 닛케이가 24일(현지시간) 보도했다. 오사카대 계열의 쿼오립스는 관상동맥 질환 환자의 심장에 이식할 수 있는 iPS 세포 심장 조직 시트를 개발했으며, 이르면 6월 초 일본 후생노동성에 제조 및 판매 신청을 제출할 계획이다. 임상 시험에서 치료받은 8명의 환자 모두 긍정적인 결과를 보였고, 최소 한 명은 심장 기능이 크게 개선된 것으로 보고됐다. 기존 중증 관상동맥 질환 치료는 심장 이식이나 심실 보조 장치가 필요했지만, 이 심장 조직 시트는 내시경 수술로 삽입 가능해 덜 침습적이다. 심장 질환은 일본에서 두 번째로 흔한 사망 원인이며, 이 중 관상동맥 질환이 약 30%를 차지한다. 2020년 기준 일본의 관상동맥 질환 환자는 약 72만 명으로 추정되며, 전 세계적으로는 2억4000만 명이 넘는 것으로 알려져 있다. 일본 정부는 2014년부터 재생 의학 촉진을 위해 제한된 임상시험을 거친 치료법에 조건부 승인을 부여하고 있으며, 쿼오립스도 이 제도를 활용할 계획이다. 쿼오립스 사장 겸 CEO 쿠사나기 타카유키는 "2025년에 조건부 승인을 받는 것을 목표로 한다"고 밝혔다. 2017년 설립된 쿼오립스는 다이이치 산쿄, 테루모, 미쓰비시 상사 등으로부터 투자를 받았으며, 2023년 도쿄증권거래소 성장주 시장에 상장했다. 쿠오립스의 심장 조직 시트는 최고 기술 책임자이자 오사카 대학 교수인 요시키 사와의 40년 연구를 바탕으로 개발됐으며, 교토대학교 iPS 세포 연구 및 응용 센터에서 공급하는 iPS 세포를 사용한다. 쿠오립스는 다른 질병에 대한 임상시험도 준비 중이다. 일본에서 심장 이식과 세포 치료는 일반적으로 1000만 엔(약 8716만 원) 이상의 비용이 들며, 쿠오립스의 심장 조직 시트도 비슷한 가격 또는 그 이상으로 책정될 것으로 예상된다. 한편, iPS체료는 유도만능줄기세포(iPSC)를 이용해 질병을 체료하는 새로운 방법이다. iPSC는 우리 몸의 피부 세포나 혈액 새포와 같은 성체 세포를 특수한 기술로 인공적으로 만든 만능 줄기세포다. 만능 줄기세포는 인체를 구성하는 모든 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있다. iPSC는 환자 본인의 세포로부터 만들어지기 때문에 면역 거부 반응이 거의 일어나지 않는다ㅣ. 이는 장기 이식 등에 큰 장점이 될 수 있다. 또한 iPSC는 배아를 사용하지 않기 때무네 배아 줄기세포와 관련된 윤리적 문제를 피할 수 있다. 반면, 툭정 유전자들을 도입하는 과정에서 발생할 수 있는 돌연변이와 같은 위험이 존재할 수 있다. 아울러 원하는 세포로 정확하게 분화시키는 기술이 아직 완벽하지 않으면, 이는 임상 적용에 있어서 중요한 도전 과제이기도 하다.
- IT/바이오
2024-05-25
지난해 실손보험 비급여 보험금 증가세에 다시 적자 전환

지난해 비급여 지급 보험금이 증가세로 전환하면서 실손보험 적자가 다시 늘어난 것으로 나타났다. 금융감독원이 10일 발표한 '2023년 실손의료보험 사업실적(잠정)'에 따르면 지난해 실손보험의 보험 손익이 1조9738억원 적자로, 전년(1조5301억원) 대비 적자 규모가 4437억원 늘었다. 보험 손익은 보험료 수익에서 발생손해액과 실제사업비를 제외한 액수다. 실손보험 손익은 2021년 2조8581억원에서 2022년 1조원대로 감소했으나 2023년 다시 2조원에 육박했다. 지난해 손해율이 늘어난 데다 2022년 백내장 대법원 판결 영향으로 다소 감소했던 비급여 지급보험금도 증가했다. 작년 경과손해율(발생손해액/보험료수익)은 103.4%로 전년 대비 2.1%포인트(P) 증가했다. 실손보험 세대별로는 3세대(137.2%)가 가장 높고, 4세대(113.8%), 1세대(110.5%), 2세대(92.7%) 순으로 손해율이 높았다. 2021년 7조8742억원에서 2022년 7조8587억원으로 줄었던 비급여 보험금은 8조126억원으로 다시 늘었다. 비급여 보험금이 가장 많은 항목은 비급여 주사료(28.9%), 근골격계질환 치료(28.6%), 질병치료 목적의 교정치료(3.1%) 등 순이었다. 보험료 수익은 14조4000억 원으로 전년보다 9.5% 늘었고, 작년 말 보유계약은 3579만건으로 전년보다 0.4% 증가했다. 금감원은 "무릎 줄기세포 주사 등 신규 비급여 항목이 계속 출현하는 등 전체 실손보험금 중 비급여가 여전히 높은 비중을 차지하고 있다"며 "보험금 누수 방지 및 다수의 선량한 계약자 보호를 위한 제도개선을 지속해서 추진하겠다"고 밝혔다.
- 경제
2024-05-10
알츠하이머병, 수혈 통해 전염 가능

캐나다 과학자들이 혈액 수혈을 통해 건강한 사람에게 알츠하이머병이 전염될 수 있다고 발표했다. 네오스콥은 알츠하이머병의 정확한 원인은 아직 완전히 밝혀지지 않았지만, 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학 연구팀의 이번 연구 결과는 환경 요인이 질병 발병에 영향을 미칠 수 있다는 점을 지속적으로 시사하고 있다고 지난달 30일(현지시간) 전했다. 최근 학술지 '줄기세포 보고서(Stem Cell Reports)'에 발표된 연구 결과에 따르면 혈액 수혈이나 골수, 장기 등 생체 물질의 이식을 통해 유전성 알츠하이머 환자의 질병이 건강한 사람에게 전염될 가능성이 제기됐다. 연구팀은 쥐와 줄기세포를 이용한 실험을 통해 알츠하이머병이 건강한 사람에게 전염될 수 있다는 결론을 도출했다. 연구팀은 실험을 위해 인간 유전성 알츠하이머병 유전자, 특히 아밀로이드 플라크 생성과 관련된 유전자를 가진 쥐를 배양했다. 그리고 이 쥐의 골수에서 줄기세포를 추출해 건강한 쥐에 주입했다. 그 결과 9개월 만에 정상 쥐들의 뇌에서 인지 기능 저하와 아밀로이드 플라크 축적과 같은 알츠하이머병의 전형적인 징후가 나타났다. '알츠하이머는 유전성' 기존 인식 뒤바꿔 연구 결과는 몇 가지 중요한 시사점을 제공한다. 첫째, 이 연구는 알츠하이머병이 신경 중추계 외의 줄기세포에서 발생할 수 있다는 점을 보여주었다. 이는 기존의 알츠하이머 병 형성에 대한 인식을 뒤바꿨다. 연구팀은 "이 연구의 핵심적인 결과 중 하나는 알츠하이머병 병리학의 기존 중심 교리, 즉 뇌에서 생성된 베타 아밀로이드(Aβ) 축적이 질병의 원인이라는 가설에서 벗어나는 계기가 될 것"이라며 "이 연구는 뇌의 외부에서 생성된 Aβ가 질병 발병에 기여한다는 사실을 입증했다"고 말했다. 둘째, 이 연구는 알츠하이머병의 발병 경로가 크로이츠펠트-야콥병과 유사할 수 있다는 점을 시사한다. 크로이츠펠트-야콥병은 전염성 질환으로 감염된 소고기를 섭취한 사람들에게 발병하는 것으로 알려져 있다. 간단히 말해, 이번 연구 결과는 혈액이나 장기 등 생체 물질의 기증을 통해 알츠하이머병이 건강한 사람에게 전염될 수 있다는 가능성을 제시한다. 이는 잠재적인 기증자에 대한 알츠하이머 질병 검사가 필요하다는 것을 의미한다. 연구팀의 주요 저자인 브리티시 컬럼비아 대학 면역학자인 윌프레드 제프리스 박사는 성명서에서 "이 연구는 뇌의 외부에서 발현되는 아밀로이드가 중추 신경계 병리에 영향을 미치는 전신 질환이라는 알츠하이머병 이론을 뒷받침한다"고 말했다. 제프리스 박사는 "이 메커니즘에 대한 연구를 지속함에 따라 알츠하이머병은 정복될 수 있을 것으로 보인다. 아울러 혈액, 장기 및 조직 이식과 인간 유래 줄기세포 또는 혈액 제품의 이식에 사용되는 기증자에 대한 더욱 엄격한 관리 및 검사가 필요하다"고 강조했다. 한편, 알츠하이머병은 치매 중 가장 흔한 유형으로, 인지 기능의 저하를 특징으로 하는 퇴행성 뇌 질환이다. 전 세계적으로 약 3200만 명이 이 질환으로 고통받고 있으며, 인구 고령화가 진행됨에 따라 이 수치는 증가할 것으로 예상된다. 현재 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고, 알츠하이머병의 정확한 원인과 치료법은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 연구자들은 생활 습관, 유전적 요인, 환경적 요인이 이 병의 발병에 복합적으로 영향을 미친다고 보고 있다.
- 생활경제
2024-04-02
털매머드 부활하나?...코끼리 줄기세포 배양 성공

과학자들이 코끼리 피부 세포로 줄기세포 배양에 성공해 털매머드 부활에 한 발 더 가까이 다가가고 있다. 미국 텍사스 주 댈러스에 있는 멸종 방지 기업이자 DNA 편집 회사인 콜로설 바이오사이언스(Colossal Biosciences)는 6일(현지시간) 털복숭이 매머드 형질을 가진 코끼리를 유전적으로 복원시키기 위해 아시아 코끼리 세포로 줄기세포 배양에 성공했다고 밝혔다. 콜로설은 자사 웹사이트에서 내한성 코끼리를 만들 것이라고 밝히면서 이 동물은 털매머드의 모든 핵심 생물학적 특성을 갖게 될 것이라고 설명했다. 또한 이 회사는 매머드와 유사한 코끼리가 코끼리 내피 친화성헤르페스 바이러스로 인한 매우 치명적인 질병에 저항성을 갖도록 만들 계획이다. 네이처에 따르면 콜로설은 코끼리 세포의 유전자(게놈)을 편집해 매머드와 비슷하게 만들었다. 하지만 살아 있는 매머드 같은 코끼리를 만들려면 편집된 게놈을 포함하는 배아를 생성해야 한다. 이론적으로 이를 수행하는 한 가지 방법은 유전자 편집된 코끼리 세포를 소위 유도만능줄기세포(iPS)로 전환한 다음 이를 난자와 정자 세포로 전환하는 것이다. 뉴사이언티스트에 따르면 유도만능줄기세포는 난자와 정자를 포함한 신체의 모든 세포로 분화할 수 있다. 배아에서 자연적으로 발생하지만 특정 단백질을 추가하여 성체 세포에서 만들 수도 있으므로 '유도'라고 한다. 많은 동물 종에서 유도만능세포가 만들어졌지만 지금까지 코끼리 세포를 유도만능세포로 만드는 데 성공한 사례는 없었다. 유전자 편집 18년 전, 연구자들은 쥐의 피부 세포를 배아 세포처럼 작동하도록 재프로그래밍할 수 있음을 보여줬다. 이러한 유도만능줄기세포는 동물의 모든 세포 유형으로 분화할 수 있다. 이 세포는 멸종된 털매머드(맘무투스 프리미제니우스·Mammuthus primigenius)의 가장 가까운 친척인 아시아 코끼리(엘레푸스 막시무스·Elephus maximus)를 복원하려는 콜로설의 계획에 핵심으로, 털과 지방 및 기타 매머드의 특성을 갖도록 유전적으로 편집됐다. 콜로설은 아시아 코끼리 세포를 유전자 변형해 핵심 단백질을 영구적으로 생산하도록 했다. 그럼에도 불구하고 세포를 유도만능줄기세로로 전환하는데 두 달이 걸렸다고 한다. 콜로설의 생물과학 책임자인 에리오나 히솔리는 "우리는 이 과정을 더 효율적이고 빠르게 만들고 싶었다"고 말했다. 핵심 단백질을 코딩하는 DNA는 쉽게 제거할 수 있다고 그녀는 덧붙였다. 매사추세츠주 보스턴에 위치한 하버드 의과대학의 유전학자이자 이 연구 논문의 공동 저자인 콜로설의 공동 설립자 조지 처치는 "우리는 세계 기록으로 가장 어려운 iPS 세포 수립에 도전하고 있다고 생각한다"고 말했다. 하지만 연구팀은 코끼리 줄기세포를 확립하는 데에도 어려움을 겪고 있다. 멸종 위기 종에 대한 줄기세포 연구의 권위자인 캘리포니아 주 라호야에 있는 스크립스 연구소의 줄기세포 생물학자인 장 로랑(Jeanne Loring) 박사는 "코끼리는 매우 어려운 과제"라고 말했다. 멸종 동물 복원 프로젝트 2011년 잔 로링과 동료들은 멸종 위기 동물에서 최초로 북방 흰코뿔소(Ceratotherium simum cottoni)와 드릴 원숭이(만드릴루스 류코패우스)로부터 iPS 세포를 만들었다. 이후 눈표범(Panthera uncia), 수마트라 오랑우탄(Pongo abelii), 일본뇌조(Lagopus muta japonica) 등 멸종 위기종에서 배아 유사 줄기세포가 만들어졌지만 수많은 팀이 코끼리 iPS 세포 수립 시도에 실패했다. 콜로설의 생물과학 책임자 에리오나 히솔리가 이끄는 연구팀은 처음에 다른 대부분의 iPS 세포주를 만드는 데 사용되는 매뉴얼에 따라 아시아 코끼리 새끼로부터 세포를 재프로그래밍하려고 시도하면서 동일한 문제에 부딪혔다. 이 방법은 2006년 일본 교토 대학의 줄기 세포 과학자인 야마나카 신야(Shinya Yamanaka)가 확인한 네 가지 주요 재프로그래밍 인자를 과잉 생산하도록 세포에 지시하는 것이다. 이 방법이 실패하자 히솔리 박사팀은 다른 연구원들이 사람과 쥐 세포를 재프로그래밍하는 데 사용했던 화학 칵테일을 코끼리 세포에 처리했다. 대부분의 경우 이 처리로 인해 코끼리 세포가 죽거나 분열을 멈추거나 아무런 반응도 보이지 않았다. 하지만 일부 실험에서는 세포가 줄기세포와 유사한 둥근 모양을 띠게 됐다. 히솔리 박사 팀은 이 세포에 네 가지 '야마나카' 인자를 첨가한 다음 성공의 핵심 요소였던 또 다른 단계를 밟았다. 바로 암 억제 유전자인 TP53의 발현을 억제하는 것이다. 유도만능줄기세포 배양 연구팀은 코끼리로부터 네 개의 iPS 세포 라인을 만들었다. 이 세포들은 다른 유기체의 iPS 세포와 비슷하게 보였고, 비슷하게 행동했다. 즉, 척추동물의 모든 조직을 구성하는 세 가지 '배엽'을 형성하는 세포를 만들 수 있었다. 하지만 콜로설이 최초의 유전자 조작 아시아 코끼리를 만드는 계획은 iPS 세포를 필요로 하지 않는 복제 기술을 포함한다. 처치 박사는 새로운 세포 라인은 아시아 코끼리에 매머드 특징을 부여하는 데 필요한 유전적 변화를 식별하고 연구하는 데 유용할 것이라고 말했다. 그는 "우리는 아기 코끼리에게 넣기 전에 미리 테스트하고 싶다"고 말했다. 코끼리 iPS 세포는 수정되어 모발이나 혈액과 같은 관련 조직으로 변형될 수 있다. 그러나 이러한 과정을 확대하기 위해서는 생식 생물학 분야에서 수많은 기술 도약이 필요하다. 그 중 한 가지 방법은 유전자 조직 iPS 세포를 수정된 정자와 암컷 생식 세포로 변형시켜 배아를 만드는 것이다. 쥐 실험에서는 이 방법이 성공했다. 또한 iPS 세포를 직접 실행 가능한 '합성' 배아로 변환하는 것도 가능했다. 콜로설은 자사의 첫 번째 메머드가 2028년에 태어날 것이라고 주장했다. 히솔리는 연구원들이 코끼리 세포에 단지 50~100개의 유전자 편집을 하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 실현하능하다고 말했다. 코끼리의 임신 기간은 2년이기 때문에 배아는 2026년 말께 생성되어 자궁에 이식되어야 2028년에 매머드 탄생이 가능하다. 처치 박사는 배아 배양을 위해 일부는 iPS 세포에서 유래한 인공 자궁을 사용할 것으로 예상했다. 그는 "우리는 멸종 위기 종의 자연적인 번식을 방해하고 싶지 않기 때문에 체외 임신을 확대하려고 노력하고 있다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-03-08
살아있는 뇌세포 AI, 음성 인식 기술 한계 극복 가능성 제시

최근 과학계에서 주목할 만한 발전이 있었다. 컴퓨터 시스템에 연결된 인간 뇌세포 덩어리가 매우 기본적인 음성 인식 작업을 수행하는 데 성공했다. 이러한 연구는 인공지능(AI) 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 수 있다. 특히, 전통적인 실리콘 기반 칩보다 에너지 효율성 측면에서 큰 잠재력을 지니고 있다는 평가를 받고 있다. 영국의 과학 전문지 '뉴사이언티스트'에 따르면, 인디애나 대학교 블루밍턴 캠퍼스의 펭 구오 교수는 특정 조건에서 줄기세포가 성장할 때 형성되는 신경세포 덩어리인 뇌 유기체(오가노이드)를 활용해 음성 인식 작업을 수행하는 연구를 수행했다. 구오 교수는 뇌 유기체에 대해 "마치 작은 두뇌와 같다"고 설명했다. 뇌 유기체는 수 밀리미터 폭에 최대 1억 개의 신경 세포로 구성되어 있다. 흥미롭게도, 이 오가노이드를 성장시키는 데는 2~3개월이 소요된다. 이는 인간 뇌의 약 1000억 개 신경세포에 비하면 극히 소수에 불과하지만, AI 분야에서 큰 가능성을 내포하고 있다. 이번 연구는 기존 AI 기술의 한계를 극복하고, 에너지 효율적인 방식으로 복잡한 작업을 수행할 수 있는 새로운 방법론을 제시하고 있다. 향후 이 기술이 실제 어플리케이션에 적용될 경우, AI 분야에서 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다 이 연구에서 중요한 단계는 오가노이드를 미세전극 어레이 위에 배치하는 것이었다. 이 어레이는 오가노이드에 전기 신호를 보내고, 신경 세포의 반응을 감지하여 발화하는 시기를 파악하는 데 사용된다. 연구팀은 이 혁신적인 시스템을 '브레이노웨어(Brainoware)'라고 명명했다. 뉴사이언티스트에 따르면, 지난 3월 구오 교수의 팀은 이 '브레이노웨어' 시스템을 사용해 '헤논(Hénon) 지도'라고 알려진 복잡한 방정식을 해결하는 데 성공했다. 이는 인공지능 분야에서 획기적인 발전으로 여겨진다. 헤논 지도는 수학과 물리학에서 사용되는 대표적인 비동선 동역학계 모댈중 하나다. 이는 1976년 프랑스의 천문학가 미셸 헤논에 의해 개발됐으며 주로 카오스 이론에서 중요한 역할을 한다. 특히, 음성 인식 작업에서 이 오가노이드의 역할은 주목할 만하다. 연구팀은 오가노이드가 일본어 모음 소리를 발음하는 8명의 사람들의 240개 오디오 클립 중 특정 개인의 목소리를 식별하는 방법을 배우게 했다. 이 오디오 클립은 공간 패턴으로 배열된 일련의 신호로 오가노이드에 전송됐다. 이 과정은 인간 뇌세포를 사용하는 AI 기술이 어떻게 복잡한 데이터를 처리할 수 있는지를 보여주는 훌륭한 예시이다. 구오 교수는 오가노이드를 사용한 초기 실험에서 약 30~40%의 정확도를 보였다고 한다. 그러나 단 이틀의 훈련 세션 후, 이 정확도는 놀랍게도 70~80%로 상승했다. 구오 교수는 이 현상을 '적응형 학습'이라고 설명했다. 이는 신경 세포 간에 새로운 연결이 형성되는 과정을 포함하는 것으로, 신경 세포 사이의 연결 형성을 방해하는 약물에 오가노이드를 노출시킬 경우, 아무런 개선도 관찰되지 않았다. 이는 학습 과정이 신경 연결의 변화와 밀접하게 연관되어 있음을 시사한다. 훈련 과정은 단순히 오디오 클립을 반복하는 것에 불과했으며, 오가노이드에게 옳고 그름에 대한 직접적인 피드백은 제공되지 않았다. 이러한 방식은 인공지능(AI) 연구에서 '비지도 학습(Unsupervised Learning)'이라고 알려진 방법론에 해당한다. 이러한 비지도 학습 방식은 AI가 스스로 학습하고, 패턴을 인식하는 능력을 개발하는 데 중요한 역할을 한다. 구오 교수는 기존 AI에는 두 가지 주요 과제가 있다고 지적했다. 첫 번째는 높은 에너지 소비이고, 두 번째는 실리콘 칩의 본질적인 한계, 즉 정보 처리와 데이터의 분리 문제다. 구오 교수의 연구팀은 살아있는 신경 세포를 활용한 바이오컴퓨팅이 이러한 과제를 해결할 수 있는 가능성을 탐구하고 있다. 이들은 세계 각지의 여러 연구 그룹 중 하나로, 바이오컴퓨팅 분야에서 혁신을 이루고자 한다. 예를 들어, '뉴사이언티스트'가 2021년에 소개한 호주의 코티칼 랩스(Cortical Labs)라는 회사는 뇌세포에게 '퐁' 게임을 가르치는 연구를 수행해왔다. 전통적인 음성 인식 분야의 전문가로 케임브리지 대학의 티토우안 파르코렛(Titouan Parcollet) 박사는 바이오컴퓨팅이 장기적으로 의미 있는 역할을 할 수 있다고 보고 있다. 이는 기존의 AI 접근법에 대한 중요한 대안을 제시하며, 향후 기술 발전에 중요한 영향을 미칠 수 있다는 전망이다. 파르콜렛 박사는 바이오컴퓨팅의 현재 상황에 대해 명확한 견해를 제시했다. 그는 "딥러닝이 수행하는 작업을 달성하기 위해 인간 뇌와 같은 구조가 필요하다고 여기는 것은 오해일 수 있다"며 "현재의 딥러닝 모델이 특정 작업에서 인간 뇌보다 훨씬 뛰어난 성능을 보이고 있다"라고 말했다. 파르콜렛 박사는 또한 구오 교수 팀의 연구가 아직은 간단한 단계에 머물러 있으며, 주로 발화자 식별과 같은 단순한 작업에 초점을 맞추고 있다고 말했다. 'Brainoware' 시스템의 성능 향상에도 불구하고, 또 다른 도전은 오가노이드의 유지 관리 기간이 1~2개월에 불과하다는 점이다. 구오 교수의 팀은 이 기간을 연장하기 위해 노력 중이다. 구오 교수는 "AI 컴퓨팅을 위해 오가노이드의 계산 능력을 활용하기 위해서는 이러한 한계를 극복해야 한다"고 말했다. 이는 바이오컴퓨팅 분야가 당면한 중대한 과제 중 하나로, 이 분야의 미래 발전을 위해 해결해야 할 핵심 문제이다.
- IT/바이오
2023-12-26
영국, 세계 최초 유전자 편집기술 이용 치료승인

영국 의약품·건강관리 규제기구(MHRA)는 16일(현지시간) 심각한 겸상적혈구병을 앓고 있는 환자들에 대한 유전자 치료법을 세계 최초로 승인했다. MHRA는 유전자 편집기술 크리스퍼(CRISPR)를 사용하여 허가된 최초의 의약품 카스거비(Casgevy)를 승인했다고 밝혔다. 카스거비에 사용된 유전자 가위 기술은 2020년 노벨 화학상을 수상했다. MHRA는 12세 이상 겸상적혈구질환 및 지중해빈혈 환자를 위한 치료제를 승인했다. 카스거비는 버텍스 파마슈틱컬스와 CRISPR 테라퓨틱스가 개발했다. 현재까지는 매우 불쾌한 부작용을 수반하며, 매우 힘든 절차인 골수이식만이 유일한 치료법이었다. 유니버시티 칼리지 런던의 헬렌 오닐 박사는 "인생을 변화시키는 치료법의 미래는 CRISPR 기반 기술에 있다"고 말했다. 오닐 박사는 성명에서 "겸상적혈구병이나 지중해빈혈과 관련, '치료'라는 말을 사용하는 것은 지금까지 없었다"며 MHRA의 유전자 치료 승인을 "역사상 긍정적인 순간"이라고 말했다. 겸상적혈구병과 지중해빈혈은 산소를 운반하는 적혈구 단백질 헤모글로빈을 운반하는 유전자의 실수로 발생한다. 아프리카나 카리브해 배경을 가진 사람들에게 특히 흔한 겸상적혈구 환자의 경우 유전적 돌연변이로 인해 세포가 초승달 모양이 되어 혈류를 차단하고 극심한 통증, 장기 손상, 뇌졸중 및 기타 문제를 일으킬 수 있다. 지중해빈혈 환자의 경우 유전적 돌연변이로 심각한 빈혈이 발생할 수 있으며, 환자는 일반적으로 몇 주에 한 번씩 수혈을 받아야 하며 평생 동안 주사와 약물 치료를 받아야 한다. 지중해빈혈은 주로 남아시아, 동남아시아 및 중동계 사람들에게 영향을 미친다. 카스거비는 환자의 골수 줄기세포에 문제가 있는 유전자를 표적으로 삼아 신체가 제대로 기능하는 헤모글로빈을 만들 수 있도록 해준다. 의사들은 환자의 골수에서 줄기세포를 채취한 후 유전자 편집기술을 사용해 문제를 바로 잡은 후 다시 환자에게 주입한다. 유전자 치료는 그러나 비용이 비싸 치료가 가장 필요한 사람이라 해도 치료받기가 쉽지 않다는 우려가 제기됐다. 버텍스 파파슈티컬스는 아직 가격을 정해지지 않았으며 가능한 한 빨리 환자들이 치료받을 수 있도록 보장하기 위해 보건 당국과 협력하고 있다고 말했다. 한편 미 식품의약국(FDA)도 현재 카스거비 승인 여부를 검토하고 있다. 카스거비의 사용승인은 12월 8일까지 FDA가 결정을 내릴 것으로 예상되며 유럽연합에서도 검토중이다. 버텍스는 미국과 유럽에서 카스거비를 투여받을 수 있는 환자가 3만2000명에 달할 것으로 추산하고 있다.
- IT/바이오
2023-11-17
원숭이, 유전자 조작 돼지 신장 이식해 2년 생존

돼지의 신장을 이식 받은 원숭이가 2년 이상 생존했다는 실험 결과가 나왔다. 의학 전문 매체 메디컬 익스프레스는 미국에서 유전자를 수정해 원숭이에게 이식했을 때 장기 거부 반응을 감소시키는 연구를 진행했다고 최근 보도했다. 이 연구는 수정된 게놈을 가진 여러 소형 돼지의 신장을 시노몰구스 원숭이에 이식해 거부 반응을 줄일 수 있는지 실험했다. 메릴랜드 의과 대학의 무하마드 모히우딘(Muhammad Mohiuddin) 연구원은 최근 학술지 '네이처(Nature)'에 여러 연구 기관이 연합해서 진행한 해당 실험 연구 결과를 게재했다. 장기 이식은 장기 부전 환자를 치료하는 주요 방법 중 하나이지만, 기증자 장기의 공급이 수요를 충족시키지 못하고 있다. 이에 따라 과학자들은 줄기세포를 이용한 장기 재생, 비생물학적 물질로 장기를 생성, 또는 동물 장기를 이용하는 등의 대체 방안을 모색하고 있다. 인간 기증자의 장기가 아닌 동물 장기 이용 등의 방법은 가능성은 보이고 있지만, 수술 후 장기 거부 반응이라는 문제가 여전히 남아있다. 이에 연구팀은 기증 동물의 유전자를 수정함으로써 이러한 장기 거부 반응을 줄일 수 있는 새로운 방법을 탐구했다. 먼저 연구팀은 돼지 유전자 69개를 수정했다. 이 중 3개는 장기 거부 반응과 관련된 분자의 생성에 관여하며, 59개는 과거 세대의 돼지 유전체에 포함된 역성 바이러스 DNA와 연관되어 있다. 나머지 7개는 불필요한 혈전 형성을 방지하고 건강한 장기 성장을 돕는 인간 유전자를 추가하기 위해 사용됐다. 연구팀은 수정된 유전자를 가진 돼지를 성체로 키운 후, 15마리 돼지의 신장을 원숭이에게 이식했다. 거부 반응을 방지하기 위해 모든 원숭이에게 면역 억제제를 복용했다. 실험 결과 유전자를 수정하지 않은 돼지 신장을 이식받은 원숭이들은 대부분 2개월 미만 생존했다. 유전자 수정된 돼지 신장을 이식받은 원숭이 중 9마리는 2개월 이상 생존했다. 특히 5마리는 1년 이상, 그리고 1마리는 2년 동안 생존했다. 또 이식받은 신장은 원래의 신장처럼 정상적으로 기능했다. 이번 연구는 동물 장기를 인간에게 이식하는 연구 분야에서 중요한 발전을 이루었다는 평가를 받았다. 전 세계적으로 장기 이식을 기다리는 환자는 수백만 명에 이르지만, 기증자가 부족해 많은 환자들이 제때 필요한 이식을 받지 못하고 있다. 동물 장기를 인간에게 이식하는 방법은 이러한 기증자 부족 문제를 해결할 수 있을 것으로 보인다. 그러나 현재의 연구는 동물에 대한 실험 단계에 머물러 있으며, 인간에게 적용하려면 추가 연구가 필요하다. 연구팀은 향후 인간을 대상으로 한 임상 시험을 진행하여, 동물 장기를 인간에게 이식하는 것이 안전한 방법인지를 확인할 예정이다.
- 생활경제
2023-10-23