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근육 재생 꿈 한발 더...피부 유래 줄기세포로 실제 움직이는 골격근 만들어

2018년 01월 09일 19:02
이미지 확대하기인체의 골격근 조직을 확대한 모습. - 위키미디어 제공
인체의 골격근 조직을 확대한 모습. - 위키미디어 제공

최근 미국 연구진이 근육세포가 아닌 피부세포에서 유래한 줄기세포로 수축과 이완이 가능한 인체 근육 조직을 만드는 데 처음으로 성공했다. 질병이나 사고로 근육이 손상된 환자가 자신의 피부세포로 근육을 재생하는 일도 가능해질 전망이다.
 
네너드 버삭 미국 듀크대 교수팀은 인간의 피부세포로 만든 유도만능줄기(iPS)세포를 골격근육세포로 분화시킨 뒤, 이를 기능을 갖춘 근육 조직으로 성장시켰다고 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스 9일자에 발표했다.

 

iPS세포는 피부세포처럼 이미 분화된 체세포를 분화 이전의 줄기세포 상태로 되돌린 것으로 ‘역분화줄기세포’로도 불린다. 환자의 특정 세포를 모든 종류의 체세포로 바꿀 수 있어 맞춤형 재생의학 연구에 활발히 쓰이고 있다.
 
앞서 2015년 연구진은 근육에서 떼어낸 근아세포(분화 중간단계의 근육세포)를 이용해 체외에서 수축·이완이 가능한 근육 조직을 구현한 바 있다. 이런 방법을 이용해 난치성 희귀 근육질환을 앓는 환자들의 근육세포를 근육 조직으로 키우면, 해당 질환에 대한 약물 테스트를 쉽게 할 수 있어 치료제 개발을 앞당길 수 있다. 그러나 이는 정상 조직이 아니기 때문에 아무리 안정적인 형태로 근육 조직을 배양하더라도 환자의 근육을 재생하는 데는 활용할 수 없다.
 
연구진은 이런 한계를 극복하기 위해 사람의 피부에서 떼어낸 피부세포를 iPS세포로 역분화시켰다. 그리고 ‘팍스(Pax)7’로 불리는 분자 신호를 이용해 이를 다시 골격근의 핵심 성분인 위성세포로 분화시킨 뒤, 실제 인체 근육과 유사한 기능을 하는 3차원(3D) 근육 조직으로 성장시키는 데 성공했다.
 
위성세포는 외측의 근섬유와 기저막 사이에 낀 방추형 단핵세포로 근육에 손상이 생기면 세포분열을 통해 근육을 재생시키는 역할을 한다. 버삭 교수는 “iPS세포는 증식이 쉽기 때문에 무수히 많은 양의 근아세포를 생성할 수 있고, 여기서 얻은 위성세포 하나는 이론적으로 전체 근육 조직으로 성장할 수 있다”고 설명했다.
 
이전에도 이와 유사한 시도가 있었지만 피부세포에서 위성세포를 만드는 데만 성공했을 뿐 실제 기능을 하는 골격근 조직을 만든 적은 없었다. 이번에 첫 성공을 거둔 버삭 교수는 “2차원(2D) 환경에서 세포를 배양한 기존 방식과 달리, 더 빨리 성장하면서도 더 오랜 시간 세포가 살아 있을 수 있는 3D 배양 조건을 개발했기 때문에 가능했다”며 “아직은 인공 골격근이 일반 사람의 골격근만큼 강력한 힘을 내지는 못하지만 기능 개선은 시간 문제라고 생각한다”고 밝혔다.
 
이런 기술은 손상된 근육의 재생에 활용할 수 있다. 환자 자신의 세포에서 유래했기 때문에 거부 반응을 피할 수 있다. 유전성 근육질환을 앓는 환자들도 iPS세포 단계에서 유전자 가위 기술을 활용해 유전체를 교정하면 건강한 근육 조직을 이식 받을 수도 있다.
 
다만 iPS세포는 강력한 증식 능력과 분화 능력이 암을 유발할 가능성이 있다는 지적을 받고 있다. 이런 우려 때문에 한 때 승인됐던 iPS세포 임상시험도 중단된 상태다. 이에 요시히데 하야시자키 일본 이화학연구소(RIKEN·리켄) 박사를 비롯한 과학자들은 iPS세포에서 돌연변이가 나타나는 특정 조건을 파악하는 등 줄기세포가 암으로 발전하지 않도록 하는 방법도 찾고 있다.

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