연구자들은 피부 세포를 시각의 빛 감지에 사용되는 간상세포로 재설계하는 기술을 발견하였다. 연구실에서 만들어진 간상세포는 쥐의 눈에 이식된 후 실명된 쥐가 빛을 감지할 수 있게 하였다. 미국 국립보건원 내 미국 국립 안과 연구소로부터 투자받은 이 연구는 Nature 학술지에 4월 15일 게재되었다.

지금까지 연구자들은 동물 실험에서 피부나 혈액 세포에서 줄기세포를 생성하여 죽어가는 광수용체를 대체하도록 프로그래밍하였고 눈의 뒷부분에 이식하였다. 이번 새로운 연구에서 과학자들은 줄기세포 생성 단계를 생략하고 바로 피부 세포를 광수용체로 재설계하여 이식하는 것이 가능함을 보여줬다.

미국 국립안연구소 연구실의 상급 연구자인 Swaroop 박사는 "연구는 줄기세포를 거치지 않아도 시각 관련 세포를 바로 만들 수 있는 첫 연구이다. 이는 노인성 황반변성과 광수용체의 퇴화로 인한 다른 안질환에 대해 새롭고 빠른 치료 기술 개발 전략을 제공한다." "이 연구의 즉각적인 효용은 빠르게 질병 모델을 개발할 수 있는 능력이 생겨 빠르게 질병의 메커니즘을 연구할 수 있게 되었다는 것이다. 뿐만 아니라 이 새로운 전략은 더 나은 세포 대체 방법을 디자인 할 수 있게 도와줄 것이다." 라고 말했다.

과학자들은 유도만능줄기세포에 대해 오랫동안 상당한 관심을 가지고 연구해왔다. 유도만능줄기세포는 태아 조직 대신 성인의 세포를 이용해 연구되어왔고 아무 세포나 조직을 대체할 수 있다. 그러나 유도만능줄기세포의 재설계 프로토콜은 세포나 조직이 이식될 준비가 되기 전까지 6개월 정도가 걸릴 수 있다. 그에 반해, 직접 재설계하는 방법은 이번 연구에서 피부 세포가 기능적인 광수용체로 바뀌어 이식이 가능하도록 하는 데 10일밖에 걸리지 않는 것으로 나타났다. 연구자들은 그들의 기술을 쥐와 사람에게서 얻은 피부 세포를 이용해 쥐의 눈에서 입증했다.

이번 연구의 책임 심사관이자 CIRC 제약사의 CEO인 Chavala 박사는 "우리 기술은 중간에 줄기세포 없이 바로 피부세포가 광수용체로 바뀌도록 한다." 라고 말했다.

이번에 입증한 방법은 간상세포의 세포 운명과 관련이 있으며 분자 경로에 화학적으로 영향을 미치는 5개의 작은 분자 물질 혼합물로 피부세포를 정화한다. 그 결과 외관과 기능 면에서 원래의 간상세포를 모방하는 세포가 만들어진다.

연구자들은 유전자 발현 검사항목의 조합인 프로파일링을 제공했는데, 여기서 새로운 세포에 의해 나타난 유전자는 실제 간상세포의 유전자와 유사했다. 동시에, 피부 세포 기능과 관련한 유전자들은 기능이 저하되었다.

연구자들은 눈이 잘 보이지 않는 쥐에게 세포를 이식했고 이식 이후 간상세포의 기능을 측정하기 위해 동공의 반사 반응을 실험했다. 저조도에서 동공수축은 간상세포의 영향을 받는다. 이식 후 1개월 동안 14마리 중 6마리(43%)의 동물이 치료되지 않은 동물과 비교해 저조도에서 왕성한 동공수축을 보여줬다.

더 나아가, 치료받은 쥐 중 동공에 반응이 없거나 치료받지 않은 쥐에 비해 동공수축 기능이 잘 작동하는 쥐는 어두운 공간에서 훨씬 더 무언가를 찾거나 시간을 보내려고 하였다. 어두운 공간을 선호하려면 시력이 필요하고 안전한 공간으로서 밝은 곳 대신 어두운 곳을 찾으려는 쥐의 본능적 성향을 반영한다.

이번 연구의 첫 번째 저자인 Mahato 박사는 "광수용체가 거의 남아있지 않고 망막의 퇴행이 심각하게 진행된 쥐에서도 치료 효과가 관찰되었다. 이렇게 시력이 개선된 건 숙주에 남아있는 광수용체의 건강 상태를 부수적으로 도왔기보다는 연구실에서 만들어진 광수용체가 중요한 역할을 했기 때문이다." 라고 말했다.

이식 3개월 이후 면역형광법(immunofluorescence) 연구를 통해 망막 내부에서 신경세포와의 접합이 있었을 뿐만 아니라 연구실에서 만들어진 광수용체가 살아있음을 확인했다.

앞으로의 연구에서는 프로토콜을 최적화하여 이식된 광수용체 중 기능하는 세포의 수를 늘려야 한다.

Swaroop 박사는 "연구자들이 이번 재설계 방법이 세포 단계에서 가능하다는 것을 밝혀낸 것은 매우 중요하다. 이러한 연구결과는 망막뿐만 아니라 다른 여러 세포에도 해당 기술을 적용할 수 있게 할 것이다." 라고 말했다.

또한 미국 국립 안과 연구소의 시각 및 줄기세포 이식 연구 부문의 상급 연구자인 Bharti 박사는 "만약 이 재설계 방법의 효율이 개선되면, 잠재적인 세포 치료나 질병 모델을 개발하는 데 걸리는 시간을 상당히 줄일 수 있을 것이다." 라고 말했다.

Chavala와 그의 동료들은 망막색소변성증과 같은 퇴행성 망막 질환에 대해 사람을 대상으로 하는 임상시험을 계획 중이다. 

출처: https://www.nih.gov/news-events/news-releases/researchers-restore-sight-mice-turning-skin-cells-into-light-sensing-eye-cells