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[퓨처 Eyes(70)] 두 아빠 쥐의 탄생⋯생명 과학의 새 지평 열다
- 2025년 새해 벽두 과학계는 '두 아빠 사이에서 태어난 쥐'라는 놀라운 소식을 접하며 경탄을 금치 못했다. 한때 공상 과학 소설 속 장면으로 여겨졌던 일이 현실로 성큼 다가온 것이다. 이 획기적인 연구는 베이징에 있는 중국과학원의 리 지쿤(Zhi-Kun Li) 박사와 그의 연구팀에 의해 주도됐으며 과학전문 매체 사이언스얼럿과 MIT 테크놀로지 리뷰(MIT Technology) 등에 의해 상세히 보도됐다. 두 매체의 보도에 따르면 이 연구는 정밀한 줄기세포 공학 기술과 크리스퍼(CRISPER) 유전자 편집 기술을 통해 생물학적 엄마 없이 두 아빠를 가진 쥐를 탄생시키고, 성체로 성장시키는데 성공했다. 크리스퍼 유전자 편집 기술은 DNA를 자르고 붙이는 기술로, 특정 유전자를 수정하는 데 사용된다. 과거 유사한 시도들이 번번이 실패로 끝난 것을 감안하면, 이번 성과는 그 의미가 남다르다. 이전 연구자들은 수컷 줄기세포로부터 난자를 생성하는 데 어려움을 겪었고, 설령 성공하더라도 모성 유전 물질의 부재로 인해 새끼들이 심각한 발달 장애를 겪거나 끝내 생존하지 못했다. 하지만 리 지쿤 박사 팀은 '각인'된 유전자를 표적화하는 새로운 접근 방식을 통해 이러한 문제들을 말끔히 해결했다. 각인(Imprinting)이란 특정 유전자가 어느 부모에게서 왔는지에 따라 다르게 발현되는 현상을 말한다. 리 박사 팀은 배아 발달에 핵심적인 것으로 알려진 20개의 각인 유전자를 CRISPR 기술로 정교하게 편집하여 두 아빠를 둔 쥐의 탄생을 현실로 만들었다. 각인 유전자는 부모 중 누구에게서 왔는지에 따라 발현 여부가 결정되는 유전자를 말한다. 사이언스 얼럿은 이 연구가 "줄기세포 및 재생 의학 연구의 여러 가지 제한점을 해결하는 데 도움이 될 것"이라는 중국과학원 웨이 리(Wei Li) 연구원의 말을 인용하며, 이 연구의 중요성을 재차 강조했다. 난관 극복, 새로운 가능성 제시 두 아빠 쥐의 탄생 과정이 순탄하지만은 않았다. 이번 연구는 아빠가 둘인 생쥐를 만들려는 이전 연구를 바탕으로 했다. 1980년대 영국 과학자들은 정자 세포의 DNA가 포함된 핵을 수정란 세포에 주입하려는 시도를 했다. 그 결과 배아는 난자의 세포질에 두 수컷의 DNA와 암컷의 소량의 DNA를 가지고 있었다. 그러나 이 배아를 대리모 쥐의 자궁으로 이식했을 때 어느 배아도 건강하게 태어나지 않았다. MIT 테크놀로지 리뷰는 이는 부계와 모계 유전체에서 모두 각인된 유전자가 발달에 필요하기 때문인 것으로 보인다고 짚었다. 리 박사 팀은 유전자 편집을 이용해 각인된 유전자를 완전히 제거하는 다른 접근 방식을 취했다. 약 200개의 쥐 유전자가 각인되어 있지만 연구팀은 배아 발달에 중요한 것으로 알려진 20개의 유전자에 초점을 맞춘 것. 팀은 실험실에서 줄기 세포를 수집하기 위해 정자 DNA로 세포를 배양했다. 그런 다음 CRISPR를 사용하여 표적으로 삼은 20개의 각인된 유전자를 파괴했다. 유전자 편집된 세포는 다른 정자 세포와 함께 핵이 제거된 난자 세포에 주입됐다. 그 결과 두 마리 수컷 쥐의 DNA가 있는 배아 세포가 탄생했다. 이 세포는 태반을 만드는 데 필요한 세포를 제공하는 연구에 사용되는 일종의 '배아 껍질'에 주입됐다. 그 결과 생성된 배아는 암컷 쥐의 자궁으로 이식됐다. 일부 배아는 살아 있는 새끼로 발달했고, 심지어 성체가 될 때까지 살아 남았다. 연구팀은 더 나아가 두 아빠 쥐를 만드는 두 번째 접근 방식을 발견했다. 이는 일본 오사카 대학의 카츠히코 하야시(Katsujiko Hayashi) 팀의 연구를 바탕으로 했다. 이 팀은 몇년 전 수컷 쥐의 꼬리에서 세포를 채취해 미성숙 난자로 만드는 방법을 발견했다. 이 난자는 정자와 수정돼 양부계 배아를 만들 수 있었다. 하야시는 그 배아는 번식 능력을 가져, 성체가 자신의 자손을 가질 수 있다고 말했다. MIT 테크놀로지 리뷰에 따르면, 중국과학원 연구팀은 164개의 유전자 편집된 배아를 이식했지만, 살아있는 새끼는 고작 7마리밖에 태어나지 않았다. 게다가 태어난 새끼들도 정상적인 쥐보다 크게 자라거나 장기가 비대해지는 등 몇 가지 문제점을 드러냈다. 수명도 일반 쥐보다 짧았고, 불임이라는 문제도 안고 있었다. 이러한 결과는 여전히 해결해야 할 과제가 산적해 있음을 보여준다. 리 지쿤 박사 역시 "각인 유전자에 대한 추가적인 수정은 생존 가능한 배우자를 생산할 수 있는 건강한 두 아빠 쥐의 생성을 촉진하고 각인 관련 질병에 대한 새로운 치료 전략으로 이어질 수 있다"고 말하며, 앞으로 연구가 더 필요함을 시사했다. 그럼에도 불구하고 두 아빠를 둔 쥐의 탄생은 생명 과학 연구에 지대한 의미를 갖는다. 펜실베이니아 대학의 발달 생물학자 코타로 사사키(Kotaro Sasaki)는 "흥미로운 연구"라며, 리 박사 팀이 "일련의 각인 결함을 피할 수 있었을 뿐만 아니라, 두 수컷의 DNA를 사용하여 쥐를 만드는 두 번째 방법을 발견했다"는 점을 높이 평가했다. 이 연구 결과는 학술지 '셀 스템 셀(Cell Stem Cell)'에 게재됐다. 각인 현상에 대한 새로운 통찰력 두 아빠 쥐 연구는 각인 현상에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있다는 점에서 더욱 주목받고 있다. 이전 연구에서는 두 엄마 쥐가 더 작고 오래 사는 것으로 밝혀진 반면, 이번 연구에서는 두 아빠 쥐가 과도하게 성장하고 더 빨리 죽는다는 사실이 새롭게 밝혀졌다. 코타로 사사키는 "아마도 부계 각인된 유전자는 성장을 지원하고 모계 유전자는 성장을 제한하며, 동물이 건강한 크기에 도달하려면 둘 다 필요할 것"이라고 추측했다. 물론, 이 연구 결과를 인간에게 적용하기까지에는 넘어야 할 산이 많다. 리 지쿤 박사는 "인간의 20개 각인된 유전자를 편집하는 것은 용납할 수 없으며, 건강하거나 생존 가능하지 않은 개체를 생산하는 것은 단순히 선택 사항이 아니다"라고 분명히 선을 그었다. 코타로 사사키 역시 "연구팀이 사용한 많은 실험실 기술 절차가 인간 세포에는 확립되지 않았고, 인간 유전자를 제거하면 예측할 수 없는 건강상의 결과를 초래할 수 있다"며 인간에게 적용하는 데에는 많은 어려움이 있을 것이라고 지적했다. 생명 과학의 새로운 지평 두 아빠를 둔 쥐의 탄생은 생명 과학 연구의 새로운 장을 열었으며, 앞으로 각인 현상과 유전 질환에 대한 이해를 넓히는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 비록 인간에게 직접 적용하기에는 아직 많은 과제가 남아 있지만, 이 연구가 제시하는 가능성은 무궁무진하며, 미래 생명 과학 발전에 중요한 토대가 될 것이다. 두 아빠 쥐의 탄생은 분명 획기적인 사건이지만, 아직 넘어야 할 산이 많다. 특히 인간에게 적용하기 위해서는 윤리적인 문제와 기술적인 난관을 극복해야 한다. 하지만 이 연구가 각인 현상에 대한 새로운 통찰력을 제공하고, 유전 질환 치료에 새로운 가능성을 제시했다는 점은 높이 평가할 만하다. 전문가들은 앞으로 두 아빠 사이에서 태어난 쥐 연구가 생명 과학 발전에 어떤 영향을 미칠지 주목할 필요가 있다고 지적한다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(70)] 두 아빠 쥐의 탄생⋯생명 과학의 새 지평 열다
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[퓨처 Eyes(61)] 10억 년 전 고대 유전자, 생쥐 탄생 혁명 주도
- 10억 년 전 지구를 지배했던 단세포 생물의 고대 유전자가 오늘날 생쥐 탄생을 가능하게 했다. 과학계를 놀라게 한 이번 연구는 줄기세포와 진화의 관계를 새롭게 조명하며 재생의학의 미래를 열 획기적인 발견으로 평가받고 있다. 홍콩 대학교와 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 공동 연구진은 단세포 생물에서 유래한 유전자를 생쥐 세포에 도입해 줄기세포를 생성했으며, 이를 통해 살아있는 생쥐를 탄생시키는 데 성공했다고 사이언스 얼럿(Science Alert)과 IFL사이언스 등 다수 외신이 전했다. 연구팀은 편모조류에서 발견되는 유전자를 쥐의 유전자와 교환함으로써 두 편모조류가 기능적으로 얼마나 유사한지 확인할 수 있었다. 홍콩 대학의 야 가오 박사와 데이지린 세나 탄, 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 마티아스 기르빅 박사가 이끄는 연구팀은 복제된 쥐의 줄기세포를 배양하고 게놈을 재프로그래밍하여 포유류의 Sox2 유전자를 동물과 가까운 단세포 생물인 동정편모충류[choanoflagellate, 후생동물의 가장 가까운 친척으로 여겨지는 생물로, 긴 편모(flagellum)를 가지고 있으며, 이 편모 주변을 둘러싼 깃(collar) 모양의 구조를 가지고 있는 게 특징] Sox 유전자로 대체해, 연구를 진행했다. 이 세포를 배아 쥐(마우스) 배반포에 주입한 다음, 임신한 쥐 대리모에 이식하는 임신, 출산, 양육 환경에서 배양했다. 영국 퀸 메리 대학의 유전학자 알렉스 드 멘도사는 사이언스얼럿에 "단세포 친척인 쥐에서 얻은 분자 도구를 사용해 성공적으로 쥐를 만들어냄으로써 우리는 거의 10억 년 전의 진화 과정에서 놀라운 기능의 연속성을 목격하고 있다"고 말했다. 멘도사는 "이 연구는 줄기세포 형성에 관여하는 핵심 유전자가 줄기세포 자체보다 훨씬 일찍 생겨났을 수 있음을 시사하는데, 아마도 우리가 보는 다세포 생명체의 길을 닦는 데 도움이 되었을 것"이라고 설명했다. 고대 유전자가 오늘날 동물 발달에 핵심적인 역할을 한다는 점을 실증한 이번 연구는 줄기세포의 기원과 재활용 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 고대 유전자, 다세포 생물 진화의 토대가 되다 약 10억 년 전, 지구에는 동물이나 식물 같은 다세포 생물이 존재하지 않았다. 당시 지구를 지배하던 단세포 생물 가운데 동정편모충류(choanoflagellates)는 오늘날 동물의 가장 가까운 친척으로 여겨진다. 동정편모충은 현미경으로 관찰할 정도로 작은 단세포 생물이지만, 이들의 유전체에는 포유류 줄기세포 형성을 돕는 것으로 알려진 Sox와 POU라는 유전자의 초기 버전이 포함되어 있다. 기존에는 줄기세포가 다세포 생물에서만 진화했을 것이라 여겨졌지만, 이번 연구는 단세포 생물에도 줄기세포 형성에 중요한 유전자가 존재했음을 보여준다. 연구진은 이 유전자들이 다세포 생물로 진화하는 과정에서 재활용되고 확장되었을 가능성을 제시하며, 고대 유전자의 가치를 새롭게 조명하고 있다. 생쥐 탄생의 비밀, 동정편모충류 유전자 연구진은 동정편모충류의 Sox 유전자를 생쥐 세포에 도입해 생쥐의 Sox2 유전자를 대체했다. Sox2는 포유류 줄기세포의 다능성(모든 세포로 분화할 수 있는 능력)을 유지하는 데 중요한 유전자다. 놀랍게도 동정편모충의 Sox 유전자 역시 생쥐 세포에서 동일한 기능을 수행할 수 있었다. 동물은 '다능성'이라고 알려진 특징을 가지고 있다. 다능성은 배아 줄기세포가 분화하여 완전히 발달된 유기체를 구성하는 다양한 조직으로 발달할 수 있는 능력을 말한다. 동물에 인접한 미생물에 대한 이전 연구에 따르면 다능성의 기원은 다세포성보다 앞선 것으로 나타났다. 이것이 사실이라면, 이는 동물의 진화 결과가 아니라 동물 진화의 원동력 중 하나일 수 있다. 생쥐 세포는 동정편모충 유전자의 도움으로 유도만능줄기세포(iPSC) 상태로 전환되었으며, 이를 발달 중인 생쥐 배아에 주입한 결과 키메라 생쥐(마우스)가 탄생했다. 키메라 생쥐는 서로 다른 유전자를 가진 두 세포 집단이 공존하는 동물로, 이번 실험에서는 줄기세포의 영향을 받아 맨 위의 사진에서 보이는 것처럼 검은 털 반점과 어두운 눈 등의 특징을 가진 생쥐가 만들어졌다. 이 발견은 단세포 생물의 간단한 유전자가 다세포 생물의 복잡한 발달에 얼마나 중요한 역할을 할 수 있는지 명확히 보여준다. 고대 유전자, 재생의학의 미래를 열다 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 이번 연구는 야마나카 박사의 연구를 기반으로 더 나아가, 고대 단세포 생물의 유전자를 활용해 줄기세포를 생성했다. 이는 줄기세포 형성 메커니즘이 생명 진화 초기 단계부터 존재했음을 강력히 뒷받침한다. 진화에서 재활용된 유전자, 재생의학의 열쇠 연구진은 동정편모충 유전자들이 초기 생명체의 기본적인 세포 기능을 조절하는 역할을 했으며, 이후 다세포 생물이 출현하면서 더 복잡한 기능으로 진화했을 가능성을 제시한다. 이를 "10억 년에 걸친 기능적 연속성"이라 설명하며, 진화생물학과 재생의학이 맞닿은 접점임을 강조한다. 홍콩대 랄프 야우흐(Ralf Jauch) 박사는 "고대 유전자 연구는 다능성 메커니즘을 더욱 정밀하게 조정하고 최적화할 방법을 제시할 것"이라며, 동정편모충 유전자의 합성 버전을 개발해 기존 유전자보다 효율적으로 작동할 가능성도 시사했다. 이번 연구는 고대 단세포 생물이 현대 생명공학에 얼마나 큰 영감을 줄 수 있는지 보여준다. 단세포 생물의 유전자가 다세포 생물의 기원과 발전에 중요한 역할을 했다는 사실은 줄기세포 연구와 재생의학의 새로운 가능성을 열고 있다. 줄기세포와 진화라는 두 축이 만들어갈 생명과학의 미래가 더욱 기대된다. 한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.
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[퓨처 Eyes(61)] 10억 년 전 고대 유전자, 생쥐 탄생 혁명 주도
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
- 우주는 더 이상 단순한 탐험의 공간이 아니다. 국제우주정거장(ISS)과 민간 우주 임무에서 진행된 줄기세포 실험에서 의료 과학의 판도를 바꿀 혁신적인 결과가 나왔다. ISS의 미세중력 환경에서 배양된 줄기세포가 지구에서는 실현할 수 없었던 뛰어난 능력을 발휘한 것이다. 미국 플로리다 메이요 클리닉과 세다스-사이나이 연구진은 이번 실험 결과가 질병 치료와 재생의학 연구에 새로운 지평을 열 것이라고 최근 발표했다. 우주에서는 줄기세포가 스스로 3차원 구형 배열을 형성했다는 점이 연구진에게 가장 큰 놀라움을 안겨 주었다. 지구의 중력 때문에 평면 배양 접시 위에서만 자라던 줄기세포가 우주의 미세중력 아래에서는 스스로 진화하듯 3차원 조직 구조를 만들어 낸 것이다. 이는 인체 조직에 가까운 구조로, 면역 조절과 염증 완화 능력을 크게 향상시켰다. 플로리다 메이요 클리닉의 아바 주바이르 박사는 "우리는 세포가 3차원으로 자라리라고는 기대하지 않았다. 그러나 미세중력 환경은 세포가 자연스럽게 구형 배열을 형성하도록 했다. 이는 지구에서는 불가능했던 현상"이라고 설명했다. 이처럼 우주의 미세중력은 줄기세포의 자가 조립 능력을 활성화하며, 새로운 의료 혁신의 가능성을 열어주었다. 이번 연구는 NPJ 마이크로그래비티(NPJ Microgravity)에 게재됐으며, 우주 환경을 활용한 줄기세포 연구가 새로운 의료 혁신을 가져올 것으로 기대된다. [미니해설] 우주 실험이 밝혀낸 줄기세포의 비밀⋯불로장생의 꿈 '성큼' 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 줄기세포는 그 자체로 현대 의학의 혁신적인 가능성을 품고 있다. 복제와 분화 능력은 조직 재생과 질병 치료의 핵심 자원으로 평가받는다. 그러나 기존 기술은 여전히 복잡한 한계를 지니고 있다. 이런 상황에서 우주에서 진행된 줄기세포 배양 실험은 재샌의학 분야에 새로운 방향을 제시하며 주목받고 있다. 미세중력, 줄기세포 배양의 최적 환경 미세중력은 중력이 거의 없는 상태를 말한다. '무중력' 이라고도 불리지만, 중력이 완전히 없는 것은 아니고 지구 표면 중력의 100만분의 1 정도로 매우 작은 중력만 존재하는 환경이다. 지구 궤도를 도는 우주정거장에서는 지구 중력의 영향을 거의 받지 안항 미세중력 환경이 조성된다. 우주 환경에서 줄기세포를 배양하는 일은 간단하지 않았다. 미세중력 상태에서는 액체가 접시 밖으로 흘러나갈 위험이 있었기 때문이다. 하지만 연구진은 96웰 플레이트의 액체 표면 장력을 활용해 세포를 고정하는 기술을 개발하여, 성공적으로 배양 과정을 진행할 수 있었다. 아룬 샤르마 세다스-사이나이 연구소 박사는 "표면 장력을 활용한 이번 기술은 실험 성공의 핵심이었다. 맞춤형 장비 없이도 우주 실험을 가능하게 한 중요한 성과였다"라고 말했다. 우주에서의 새로운 가능성: 노화 관련 질환 치료 미세중력 환경은 줄기세포가 더 자연스러운 성장 상태를 유지하며, 면역 조절 능력과 염증 완화 효과를 향상시키는 데 기여했다. 이는 단순한 발견을 넘어, 줄기세포의 응용 가능성을 확장하는 중요한 과학적 단서를 제공한다. 연구진은 미세중력 환경에서 줄기세포를 대량으로 제조할 방법을 모색 중이다. 이는 줄기세포 기술의 상업적 생산과 재생의학 응용을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 이번 연구는 노화 관련 질환의 치료에 새로운 전환점을 마련했다. 줄기세포는 뇌졸중, 암, 치매와 같은 질환 치료에서 중요한 역할을 할 가능성을 보여주었다. 또한, 우주 환경에서 배양된 줄기세포는 지구로 돌아온 뒤에도 복제 안정성과 확장 능력을 유지하며 의료 응용 가능성을 높였다. 클라이브 스벤슨 세다스-사이나이 연구소 교수는 "우리가 수행한 연구는 시작에 불과하다. 우주에서 제조된 줄기세포는 재생의학을 혁신할 독특한 특성을 갖고 있다"고 말했다. 우주 시대의 의료 혁명: '불로장생'의 가능성 이번 연구 결과는 단순한 과학적 발견을 넘어, 재생의학의 새로운 장을 열었다. 우주라는 실험실은 줄기세포 기술의 대량 생산과 상업적 생산 가능성을 제시하며, 인류의 오랜 꿈인 '불로장생'을 현실로 만들 가능성을 보여준다. 우주에서 시작된 줄기세포 연구는 더 이상 공상과학의 영역이 아니다. 미세중력이라는 우주의 독특한 환경은 질병 치료와 장기 이식 기술에 혁신적인 변화를 가져올 것이다. 미래의 어느 날, 우리는 줄기세포 기술 덕분에 질병의 고통에서 벗어나 건강하게 오래 사는 꿈을 이룰지도 모른다. 그리고 그 꿈을 현실로 만들 열쇠는 바로 우주에서 진화한 작은 세포들이 쥐고 있을 것이다.
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
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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.
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세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발
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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.
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중국 의료진, 세계 최초 줄기세포로 당뇨병 치료
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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.
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세계 최초 iPS 세포 치료제, 일본 스타트업 쿼오립스서 승인 추진
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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.
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지난해 실손보험 비급여 보험금 증가세에 다시 적자 전환
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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.
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알츠하이머병, 수혈 통해 전염 가능
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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.
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털매머드 부활하나?...코끼리 줄기세포 배양 성공
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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.
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살아있는 뇌세포 AI, 음성 인식 기술 한계 극복 가능성 제시
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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.
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영국, 세계 최초 유전자 편집기술 이용 치료승인
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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.
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