인간의 세포로 되살아난 쥐의 심장

 한쪽 폐나 신장이 없어도 인간은 살아갈 수 있지만 하나뿐인 심장 없이는 누구도 살아갈 수 없습니다. 심장이 뛰는 것은 오래전부터 살아있다는 증거로 여겨졌고 심박동 정지는 죽음의 신호로 여겨졌습니다. 아무튼 간에 한시도 뛰지 않으면 안되는 심장은 우리 신체에서 가장 핵심적인 장기 가운데 하나입니다. 

 하지만 불행하게도 여러가지 이유로 인해 심장 질환이 발생해 심장 이식 이외에는 다른 방법이 없는 환자들의 수가 적지 않습니다. 대표적으로 미국에서만 500 만명이 심부전 (heart failure) 에 시달리고 있으며 그 중 정도가 심한 이들은 심장 이식만이 살길이지만 이식 신장을 구한다는 것은 극도로 어려운 일입니다. 반드시 살아 있는 사람의 심장을 대신 써야 하는데 뇌사자 이외에는 자발적 기증을 기대하기 힘든 장기이기 때문입니다. 

 따라서 심장을 대신하기 위한 인공 심장 연구는 꽤 오래전부터 있어왔지만 아직까지 장시간 실제 심장을 대신할 만한 인공 장기의 개발은 요원하다고 하겠습니다. 비로 아직 실제 인공 심장과는 거리가 먼 이야기이긴 하지만 몇몇 연구자들은 유도만능 줄기세포  induced pluripotent stem (iPS) cells 을 이용해 새로운 심장을 만들 거나 혹은 부분적으로 재생할 수 있는 연구를 진행 중에 있습니다.

 피츠버그 의대 (University of Pittsburgh School of Medicine) 의 레이 양 (Lei Yang, Ph.D., assistant professor of developmental biology, Pitt School of Medicine) 을 비롯한 연구자들은 우선 쥐의 심장에서 세포를 제거 (decellularized) 했습니다. 세포를 제거하더라도 조직을 지지하는 여러가지 결합 물질이 존재하기 때문에 심장은 녹아 없어지지 않습니다. 

 10 시간 정도 이 과정을 마친 연구자들은 남은 부분을 거푸집으로 삼아 인간의 만능유도심혈관간세포 (multipotential cardiovascular progenitor (MCP) cell) 를 입혔는데 이는 피부에서 얻은 섬유아세포 (fibroblast cell) 를 통해 얻은 유도 만능 줄기세포 (iPS cell) 을 사용해서 만든 것이었습니다. MCP 세포는 cardiomyocytes, endothelial cells, smooth muscle cells 이라는 세가지 종류의 세포를 만드는데 이는 심장을 구성하는 주요 세포들이라고 하겠습니다. 

 아무튼 연구팀은 이 세포를 사실상 세포외 기질 (ECM extracellular matrix ) 만 남은 쥐의 심장에 주입한 후 수주간 배양했습니다. 그런데 놀랍게도 수주후 쥐의 심장이 인간의 심장 세포들로 대체된 것은 물론 분당 40 - 50 회 정도로 다시 심박동을 시작했다고 합니다. 연구자들은 이 내용을 네이처 커뮤니케이션 Nature Communications  에 발표했습니다.

 쥐의 심장에 인간의 심장 세포가 제대로 분화한 것도 놀랍지만 스스로 알아서 심장의 전기 신호를 전달해주는 전기 전도 시스템 electrical conduction system 이 제대로 된 위치에 발생해서 심장이 스스로 뛰기 시작했다는 것은 심장이란 장기의 복잡성을 생각하면 꽤 놀라운 일이 아닐 수 없습니다. 물론 쥐의 심장을 사람에게 이식할 순 없지만 인간 유도 만능 줄기세포 기술이 미래 심근 경색이나 혹은 심부전 환자 치료에 도움을 줄 수 있겠다라는 가능성을 보여준 연구라고 하겠습니다. 

 연구팀은 향후 심근 경색으로 손상된 심장 근육을 대체할 수 있는 일종의 재생 패치를 계획하고 있는데 사람의 심장 크기의 장기를 재생시키는 데 드는 어려움 (크기 면에서 쥐의 심장과 비교할 수 없이 크기 때문에 비슷한 방식으로 재생시키기 쉽지 않음) 을 생각하면 이것보다는 더 쉬울 것으로 생각하고 있습니다. 만약 환자의 세포를 이용한 심장 패치나 인공 심장이 가능하다면 말할 것도 없이 면역 반응 없는 이식 치료가 가능하기 때문에 매우 이상적입니다. 

 물론 임상에서 실제 활용할 수 있는 수준으로 발전하는데는 아직 갈길이 멀기는 하지만 아무튼 이런 식으로 인간 유도 만능 줄기 세포가 스스로 뛰는 미니 심장을 만들었다는 것 자체로도 놀라운 일인 것 같습니다. 

 참고 

Journal Reference:

1. Tung-Ying Lu, Bo Lin, Jong Kim, Mara Sullivan, Kimimasa Tobita, Guy Salama, Lei Yang. Repopulation of decellularized mouse heart with human induced pluripotent stem cell-derived cardiovascular progenitor cells. Nature Communications, 2013; 4 DOI:10.1038/ncomms3307

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/08/130813112301.htm