실험실에서 만든 작은 심장, 폐, 간 내부에서 실제 혈관 배양 성공 Scientists grow real blood vessels inside tiny lab-made heart, lungs, liver

오르가노이드

과학자들은 실험실에서 만든 작은 심장, 폐, 간 내부에서 실제 혈관을 배양했습니다.

장기가 제대로 작동하려면 혈액, 영양소, 산소가 지속적으로 공급되어야 합니다.

인간의 심장에 존재하는 거의 모든 세포 유형 발견

두개의 별도 연구팀이 실험실에서 배양한 장기 내에서 혈관을 키우는 방법을 발견했습니다.

과학자들은 실험실에서 심장, 간, 폐의 작은 복제품 등 소형 장기를 만드는 데 주력해 왔습니다.

오르가노이드라고 불리는 이러한 구조는 질병을 연구하고 새로운 약물을 시험하는 방법을 발전시키는 데 기여했습니다.

심근세포(녹색)와 평활근 세포(흰색)로 구성된 2주 된 심장 유기체는 실제 혈관 네트워크를 형성하는 내피 세포(자홍색)에 둘러싸여 있습니다.

Scientists grow real blood vessels inside tiny lab-made heart, lungs, liver

하지만 이 퍼즐에는 항상 빠진 조각이 하나 있었습니다. 바로 혈관입니다.

장기가 제대로 작동하려면 혈액, 영양소, 산소가 지속적으로 공급되어야 합니다.

이러한 네트워크가 없다면 실험실에서 배양된 오가노이드는 상당한 크기로 자라거나, 제대로 기능하거나, 완전히 성숙할 수 없습니다. 예를 들어, 미니 신장은 혈액을 효과적으로 여과할 수 없고, 미니 폐는 필요한 혈관 시스템 없이는 기체 교환을 할 수 없습니다.

지난달, Science 와 Cell 저널에 게재된 두 가지 새로운 연구에서는 이 과제를 해결하기 위한 획기적인 새로운 접근법을 발표했습니다.

Nature 에 따르면, 이 기술을 이용하면 연구자들이 후기 단계에 혈관을 통합하기보다는 초기 발달 단계부터 장기 조직과 동시에 혈관을 키울 수 있다고 합니다.

기능적 폐 기관

모든 것은 다능성 줄기세포에서 시작됩니다. 다능성 줄기세포는 신체의 주요 세포로, 거의 모든 유형의 세포로 변형될 수 있습니다.

연구자들은 이제 이 놀라운 세포가 장기 조직과 혈관을 동시에 형성하도록 유도하고 있습니다.

실험실에서 배양한 장기에 혈관이 부족한 문제를 해결하기 위해 캘리포니아 대학 연구팀은 먼저 구성 요소를 개별적으로 조립하려고 시도했습니다.

그들은 형광 마커를 사용하여 세포 유형을 구별했는데, 혈관에는 빨간색, 폐 조직에는 녹색을 사용한 후 이를 합쳤습니다.

그러나 그들은 붉은색 혈관망과 붉은색 상피(폐 조직)가 같은 시작 물질에서 동시에 발달하고 있다는 사실을 발견하고 놀랐습니다.

보고서에 따르면, 이것들은 종종 "오염 물질"로 여겨졌지만, 연구자들은 이 과정을 증폭시키는 방법을 연구했습니다.

그들은 폐 조직과 혈관이 처음부터 함께 자라도록 하는 새로운 전략을 개발해 자연스러운 폐 발달을 더욱 밀접하게 모방했습니다.

이러한 접근 방식을 통해 이전 모델에 비해 세포 다양성이 더 높고, 3차원 구조가 더 좋으며, 세포 생존율이 향상되고, 발달이 더 성숙한 미니 장기가 탄생했습니다.

새로운 폐 기관체를 쥐에게 이식한 결과, 이 기관체는 성숙하여 다양한 세포 유형을 형성하고 심지어 가스 교환에 필수적인 폐포낭까지 만들어냈습니다.

연구팀은 개선된 미니 폐 모델을 즉시 실용화했습니다. FOXF1 유전자 돌연변이로 인해 신생아에게 발생하는 드물고 치명적인 폐 질환인 폐정맥 부정렬을 동반한 폐포 모세혈관 이형성증(ACDMPV)에 대한 연구를 시작했습니다.

다양한 심장 세포

한편, 스탠포드 의대의 오스카 아빌레즈 박사가 이끄는 연구진도 비슷한 노력을 기울여 상당한 성공을 거두었습니다.

그들은 작고 기능적인 혈관을 갖춘 심장 과 간 기관체를 키우는 데 집중했습니다 .

아빌레즈의 팀은 혈관망을 포함하여 인간 심장에서 발견되는 거의 모든 세포 유형을 안정적으로 생성하는 화학적 "레시피"를 최적화하는 것을 목표로 했습니다.

그들은 심근세포, 내피세포, 평활근 세포를 만드는 기존 방법을 결합하고, 성장 인자와 다른 분자의 34가지 다른 조합을 테스트했습니다.

2주간의 성장 후, "조건 32"라는 레시피 하나가 매우 효과적인 것으로 나타났습니다. 이 레시피는 다채로운 심장 오가노이드를 생성했는데, 이는 심근세포, 내피세포, 그리고 평활근 세포가 풍부함을 나타냅니다.

3D 현미경으로 관찰한 결과, 이 성공적인 도넛 모양의 유기체는 조직화된 구조를 가지고 있었습니다. 즉, 내부에 심근세포와 평활근 세포가 있고, 그 주변을 외피 세포층이 둘러싸고 있어 모세혈관과 유사한 뚜렷하고 가지가 갈라진 혈관을 형성하고 있었습니다.

더욱 놀라운 점은, 이들 유기체에 대한 단일 세포 RNA 시퀀싱 분석을 통해 인간의 심장에 존재하는 거의 모든 세포 유형이 발견되었다는 것입니다.

"심장에서 발견되는 다른 세포 유형들도 모두 포함되어 있었어요."라고 아빌레즈는 말했다. "긍정적인 측면에서 예상치 못한 결과였죠."

혈관이 있는 유기체를 키우는 이러한 연구는 인간의 발달과 질병을 연구하는 데 있어 중요한 진전을 나타냅니다.

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