인간과 돼지 세포 결합해 이식 가능한 신장 만들었다 [사이언스 톡]

돼지+인간 세포로 ‘인간화 신장’ 개발

돼지는 인간에게 이식이 가능한 이종 장기이식의 ‘도구’로 주목받는 동물이다. 중국과 영국 과학자들이 인간과 돼지 세포를 결합한 키메라를 만들어 돼지에게 이식해 키워 인간화 신장으로 만드는 데 성공했다. 픽사베이 제공

인간과 돼지의 세포를 조합해 사람에게 이식할 수 있는 신장을 만드는 첫 단계에 성공했다.

중국과 영국 과학자들은 인간과 돼지의 세포를 조합한 키메라 배아를 만들어 돼지 대리모에게 이식해 신장으로 키우는 데 성공했다. 돼지에게 이식한 지 28일 후 ‘인간화된 신장’(humanized kidney)은 사람의 신장과 비슷한 정상 구조와 세뇨관 형성한 것이 관찰됐다.

혈액이나 골격근 같은 조직을 만들기 위해 이번과 비슷한 방법으로 돼지를 이용한 적은 있었지만 이식해 단단한 인간화된 기관으로 성장시킨 것은 이번이 처음이다.

이번 연구에는 중국 광저우 의과학 및 보건 연구소, 중국 과학원 대학(UCAS), 하이난성 동물실험센터, 우이대 의과학 거대 동물 실험실, 지린대 수의대, 중국 과학원 줄기세포 및 재생 연구소, 영국 케임브리지대 임상의학부 소속 연구자들이 참여했다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 스템 셀’ 8일자에 발표됐다.

유전자 가위, 줄기세포 기술 활용
이종 세포 결합한 ‘키메라’ 제작

돼지는 사람과 장기 크기가 가장 비슷한 동물이다. 이 때문에 과학자들은 사람에게 장기 이식이 가능한 동물 후보로 돼지를 최우선으로 꼽았다. 문제는 종이 달라 면역 거부 반응을 일으킨다는 것이다. 유전자 가위를 이용해 면역 거부 반응을 없애는 방법이 연구되고 뇌사 환자에게 돼지 신장을 이식하는 실험이 시행되기도 했다. 지난해 1월 미국에서는 유전자 편집된 돼지 심장을 사람에게 이식하는 수술이 세계 최초로 시행됐지만 두 달 만에 사망하기도 했다.

연구팀이 신장에 주목한 것은 이식 수술 중 가장 많이 시행되는 장기이기 때문이기도 하다. 그동안 인공 장기 개발은 쥐의 장기는 쥐를, 돼지의 장기는 돼지를 이용하는 방식으로 진행됐다. 그렇지만 돼지나 생쥐에게서 인간 장기를 성장시키는 실험은 대부분 실패했다.

이에 연구팀은 돼지에게서 인간화 신장을 성장시키기 위해서는 3단계 연구가 수행됐다.

우선 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 돼지 배아를 유전자 조작했다. 신장 발달에 필요한 두 개의 유전자가 제거해 돼지 배아 내에서 인간 세포가 성장할 때 거부반응을 일으키지 않도록 했다.

또 연구팀은 어떤 세포로도 발전할 가능성이 있는 다능성 줄기세포를 만들어 세포 성장 과정에서 사멸될 가능성을 줄인 뒤 특수 배지에서 배양해 인간 배아 세포와 유사한 세포를 제작했다. 마지막으로 이 배아를 대리모 돼지에게 이식하기 전에 거부 반응을 억제하도록 조작한 키메라를 형성했다.

연구팀은 이렇게 돼지와 인간 세포를 결합한 키메라 배아 1820개를 13마리의 돼지모에게 이식했다. 연구팀은 이식 25~28일 후 5개의 키메라 배아를 무작위로 추출해 인간화 신장을 성공적으로 생산했는지를 평가했다.

돼지에게 착상시켜 25~28일 동안 성장시킨 키메라 배아 내부에 인간화 신장 세포(적색 형광)가 형성된 모습. 셀 스템 셀 제공

분석 결과 25~28일 동안 성장한 키메라 배아는 구조적으로 인간 신장과 비슷한 정상적 형태를 갖고 있었으며 50~60%가 인간 세포로 구성돼 있다는 것을 확인했다. 또 신장과 방광을 연결하는 세뇨관과 관련 세포로 발달할 수 있는 싹이 형성된 것도 발견됐다.

연구팀에 따르면 인간화 신장은 인간 세포가 대부분이었고 배아의 나머지 부분은 돼지 세포로 이뤄져 돼지 체내에서도 거부 반응이 나타나지 않았다.

착상 25일 후 인간화 신장 형성 확인
인간화 신장 생산 첫 단계 성공 평가

연구팀은 이번 연구가 인간화 신장 생산의 첫 단계에 성공한 것으로 이식이 가능한 수준의 크기로 성장시키기 위한 연구에 돌입할 예정이다. 또 신장 이외에 심장과 췌장 등 다른 인간 장기 생성을 위한 연구도 진행할 계획이다.

돼지와 인간 세포를 결합시킨 키메라가 돼지 몸 속에서 25~28일 동안 성장한 뒤 인간화 신장(붉은색)을 형성한 모습. 사람에게 이식시킬 수 있는 신장 개발의 첫 단계를 성공적으로 넘어선 것으로 평가받고 있다. 셀 스템 셀 제공

연구를 이끈 미구엘 에스테반 UCAS 교수(줄기세포 생물학)는 “이번 연구의 궁극적 목적은 인간 장기의 생산이지만 인간 조직 발달에 관한 연구에도 도움을 줄 것으로 본다”라면서 “장기는 하나의 세포 계통으로 구성되지 않고 사람에게 이식했을 때 나타날 수 있는 문제들을 완벽하게 제어하기 위해서는 더 복잡한 방법이 필요할 것”이라고 말했다.

유용하 기자

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