재생 의료의 일종인 신장세포 요법이 잠재적인 난치병 치료법으로 개발되고 있다. 하버드대학 위즈 연구소의 신장 전문 연구진은 신장 세포 기반 치료법의 연구 성과를 개선하기 위해 성숙한 족세포(신장세포)를 배양했다.
줄기 세포와는 다른 최초의 성숙 족세포
지난해 위즈 연구소 연구진이 신장의 여과 시스템을 모방하기 위해 칩을 사용해 인간의 줄기세포를 조작하는 데 성공했다. 사구체 칩이라고 불리는 이 기기에는 인간 줄기세포에서 추출한 신장 세포가 들어있다. 칩에 들어있는 생물학적 제제는 사구체와 족세포라 불리는 구조적 단위로 구성돼 있다.
사구체는 신장 세관 말단에 위치한 모세혈관으로써, 혈액 내 노폐물을 여과하는 기능을 한다. 이 사구체 주변을 감싸고 있는 것이 보먼 주머니며, 이는 혈액 여과를 도와주는 족세포를 보호한다. 보먼 주머니의 여과 과정에는 단백질 같은 대형 분자가 포함되지만 소금이나 설탕, 물과 같은 작은 분자를 주로 여과한다.
연구진들은 신장 여과 시스템을 제대로 이해하기 위해 사구체를 모방하는 것이 핵심이며, 족세포를 생성함으로써 신장 질환의 새로운 치료법을 개발할 수 있을 것이라고 주장하고 있다.
따라서 그들은 유도만능세포(iPS 세포)를 사용하고 있지만, 최소 90% 효능이 있는 신장 족세포와는 약간의 차이가 있다. 연구진은 체내 조직 구조와 신장의 분자 여과 기능을 재현하기 위해 칩에 세포를 내장했다.
또, 연구진은 차별화된 전사체학 표현 프로필과 단백질 표현 프로필이 성숙한 족세포에 나타남을 보여주기 위해 이전 연구와 동일한 프로토콜을 사용했다. 이 프로필은 기관이 성장하고 기능하는 방법과 질병이 시작하고 진행되는 방법을 연구하는 신장 전문 연구자들에게 중요하다.
위스 연구소 사미라 무샤 박사는 "부분 모집단이나 유전자 조작 도움 없이 iPS 세포에서 성숙한 인간의 족세포를 생성하는 방법을 사용해 과학 및 의료 연구를 위한 재생 가능한 신장 세포를 만들었다"고 설명했다.
연구진은 iPS 세포를 여러 세포 유형의 하위 구조를 형성하는 간세포로 전환해 이 같은 방법을 개발할 수 있었다. 또, 간세포를 신장 발달 및 생체 내 기능에 적용되는 다섯 개의 분자가 들어있는 새로운 세포 배양 매개체에 노출시켰다. 이 같은 과정이 완료되면, 세포는 성숙한 족세포의 특징을 보여준다.
iPS 세포에서 성숙한 족세포를 배양할 때 사용한 연구 과정은 여러 가지 의료적 상황에서 도움이 된다. 그 사례는 다음과 같다.
족세포 배양의 의료적 가치
1. 간세포와 족세포의 차이점을 이해할 수 있다.
2. 사구체 경화증 같은 사구체 및 족세포와 관련된 여러 신장 질환의 원인과 진행 과정 연구에 도움이 된다.
3. 신장 치료법을 개발 및 테스트하는 체외 시스템 연구에 유용하다.
iPS 세포로 성숙한 족세포를 만들어내는 연구는 아직 태동기에 불과하지만, 연구진은 가까운 미래에 이 접근법을 신장 족세포의 이상이나 손실을 치료할 수 있는 주사 가능한 세포 요법으로 사용할 것으로 전망하고 있다.
신장 세포 요법
신장 세포 요법의 유익한 영향 중 하나는 신장 투석의 횟수를 줄이고 관련 비용을 절감하는 것이다. 이 같은 영향은 혈당을 조절해야 하는 당뇨병 환자에게 도움이 될 수 있다.
하버드줄기세포연구소의 전문가들은 당뇨병성신장증 또는 당뇨병과 관련된 신장 손상을 치료할 수 있는 여러 방법을 개발했다.
단기 치료법으로는 골수에서 채취한 간엽성 줄기세포로 신장을 보호하고 치료 과정의 속도를 높일 수 있다.
중기 치료법으로는 당뇨병 관련 부상과 관련이 있는 신장 세포 유형을 표적으로 삼아 부상을 치료하는 것이다.
아울러 장기 치료법으로는 줄기세포와 나노기술의 적용으로 신장 손상을 최소화하고 기관의 여과 과정을 보조한다.
한편, 줄기세포로 신장을 보호하는 방법도 개발됐다. 이 과정에는 적절한 줄기세포를 골수나 지방세포, 척수액 같은 위치에서 채취하는 것도 포함된다. 그 후, 채취한 세포를 반액체 혼합물에 희석한다. 때로 효능을 강화하기 위해 혈액이나 혈장을 추가하는 경우도 있다.
이후 그 혼합물을 신장 조직 부상을 치료하기 위해 환자에게 주사한다. 이 방법은 1~2일 이내 통증을 경감시키거나 증상을 완화하는 등 긍정적인 결과를 보여주고 있다.
만성신장질환과 신부전을 치료할 수 있는 치료법이 부족해 신장세포 기반 치료법이 개발됐다.
그러나 전문 연구자들은 최선의 세포 치료법을 개발하기 위해 분자 수준에서 신장의 기능을 이해할 필요가 있다.
[메디컬리포트=심현영 기자]