(Proof of synapses connecting pairs of retinal cells derived from human pluripotent stem cells comes from the red coloring of infection by a modified rabies virus passed from one cell with a yellow nucleus across the synapse to a cell that glows only red. Credit: UW-Madison / Gamm Laboratory.)
망막의 시신경은 한 번 심하게 손상되면 사실상 회복이 불가능합니다. 카메라의 이미지 센서 같은 망막 손상은 결국 영구적인 시력 저하나 상실로 이어질 수밖에 없습니다. 더구나 뇌와 복잡하게 신경으로 연결된 장기라 이식을 통해서도 시력 회복을 기대할 수 없습니다. 따라서 과학자들의 큰 도전 과제 중 하나는 망막을 복원하는 것이었습니다.
아직까지 이런 일은 불가능하지만, 위스콘신-메디슨 대학(University of Wisconsin-Madison)의 연구팀은 한 가지 가능한 실마리를 찾아냈습니다. 바로 줄기 세포로 키운 미니 장기인 오가노이드를 이용하는 것입니다. 오가노이드는 실제 인간 세포와 조직이라는 장점이 있고 환자 자신의 것을 만들 수 있어 거부 반응 없는 이식 장기 가능성을 보여주고 있지만, 대부분 작은 콩알 크기로 이식이 가능한 수준의 크기가 아닙니다. 하지만 망막이라면 이야기가 다릅니다.
연구팀은 피부 세포를 망막 세포로 분화시킨 오가노이드에서 광수용체 (photoreceptor)를 지닌 세포를 분리했습니다. 빛을 감지하는 세포이면서 아직 분화 가능성이 있는 광수용체 세포를 오가노이드에서 분리한 후 다른 신경 조직에 붙이자 놀랍게도 이 세포에서 액손 (axon)이 자라나와 이웃한 신경 세포와 시냅스를 형성했습니다. 이는 전선이 연결된 것으로 이해할 수 있습니다.
이 시냅스가 실제로 기능을 할 수 있을 정도로 제대로 붙었는지 확인하기 위해 연구팀은 광견병 바이러스 (rabies virus)를 이용했습니다. 이 바이러스가 신경을 따라서 전파되는 특징이 있기 때문입니다. 연구 결과는 바이러스가 통과할 수 있을 정도로 시냅스가 제대로 결합한 것으로 나타났습니다.
물론 이 연구는 아직 기초 단계의 연구이고 사람에 실제 이식할 수 있는 오가노이드 망막 세포와는 거리가 있습니다. 하지만 앞으로의 가능성을 보여줬다는 데서 의미가 있습니다. 갈길이 멀긴 하지만 언젠가 오가노이드 이식 망막을 통해 시력을 복원하는 데 성공하기를 기대합니다.
참고
https://medicalxpress.com/news/2023-01-lab-grown-retinal-eye-cells-successful.html
Allison L. Ludwig et al, Re-formation of synaptic connectivity in dissociated human stem cell-derived retinal organoid cultures, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2213418120
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