DALL-E 이미지 : 위 이미지는 OpenAI의 DALL-E가 다음 프롬프트를 사용하여 생성했다. "인간 장기를 들고 있는 미친 쥐 과학자, 인상파"
줄기세포로 배아를 만든다고 상상해보자... 더 나아가 난자와 정자없이 인공자궁을 이용하여 아기를 낳는 것을 상상할 수 있을까? 놀랍고 새로운 돌파구가 우리를 해답의 모습에 더 가까이 다가가게 한다.
지난 8월, 두 개의 별도 연구그룹은 난자와 정자가 아닌 줄기세포에서 정교한 합성생쥐 배아를 만들 수 있음을 입증했다. 훨씬 더 인상적으로 그들은 인공 자궁을 사용하여 배아를 8.5일 동안 살아 있게 했다 . 이것은 그들이 뛰는 심장과 뇌의 기초를 발달시키기에 충분히 길었다.
생명의 초기 단계는 과학의 미스터리로 남아 있다. 그러나 이러한 새로운 기능은 과학자들에게 오랫동안 관찰하기 어려웠던 발달과정에 대한 전례 없는 통찰력을 제공할 수 있다. 그리고 이미 기술의 의학적 잠재력에 대한 이야기가 있어 잠재적으로 이식을 위한 새로운 장기를 성장시키거나 노화 관련 불임 문제를 해결할 수 있다.
오늘의 블로그에서는 이 연구자들이 달성한 기술적 업적과 그들의 작업이 잠재적인 과학적, 의학적, 윤리적 의미에 대해 간략하게 설명하겠다.
자연의 블랙박스
어떻게 생명이 하나의 수정된 세포에서 수천억 또는 수조 개의 분화된 세포를 가진 유기체로 진화하는가는 과학자들이 이제 막 표면을 긁는 근본적인 질문이다.
발달생물학자들은 제브라피시와 개구리와 같은 투명한 알에서 새끼가 자라는 동물을 연구함으로써 상당한 진전을 이루었다. 그러나 포유류의 발달은 자궁 내에서 일어나기 때문에 관찰하기가 훨씬 더 어렵다. 윤리적 문제와 엄격한 규제는 인간 배아에 대한 연구를 더욱 복잡하게 만든다.
최근 몇 년 동안 배아 줄기 세포를 배반포(배아의 전구체)와 유사한 구조 로 유도하는 과정이 진행되어 이러한 문제 중 일부를 회피하는 초기 인간 발달에 중요한 모델을 제공할 수 있다.
그러나 자궁의 지원 환경 없이는 소위 "배아낭"이 생존할 수 있고 배아 발달의 후기 단계로 발전할 기회를 가질 수 있다.
인공 자궁 및 인공 출산
2022년 8월, 두 개의 별도 그룹에서 발표한 한 쌍의 논문은 인공자궁을 사용하여 생쥐 배아(배아줄기세포에서 추출)를 8.5일 동안 생존시키는 것을 보여주면서 과학계를 뒤흔들었다.
두 논문의 중심에는 팀 중 하나를 이끌었던 이스라엘 Weizmann Institute of Science의 Jacob Hanna가 디자인한 자궁환경을 모방하도록 설계된 복잡한 장치가 있었다. 혈청이 채워진 회전 유리 바이알과 압력과 산소 수준을 유지하는 환기시스템을 결합했다.
그러나 인공 자궁만이 유일한 혁신은 아니었다.
2018년에 칼텍과 케임브리지 대학에서 이중 직책을 맡고 다른 팀을 이끈 Magdalena Zernicka-Goetz는 배아줄기세포가 초기 발달에 중요한 두 가지 구조인 태반과 난황 자루의 줄기세포와 결합될 때 더 많이 발달한다는 사실을 발견했다.
이 두 가지 혁신을 결합함으로써 두 팀은 기본 신체 계획이 나타나기 시작하는 단계까지 발달한 합성생쥐 배아를 만들 수 있었다. 여기에는 박동하는 심장, 기초적인 뇌, 내장의 시작을 포함한 복잡한 구조가 포함된다.
판도를 바꾸는 기능
이러한 첨단 합성 배아가 가질 수 있는 가장 분명한 영향은 과학자들이 근본적인 발달 코드를 해독하도록 돕는 것이다.
이것은 의학에 중요한 영향을 미치는 재생, 재생산 및 조직 전문화와 같은 모든 종류의 중요한 기능을 뒷받침한다.
Zernicka-Goetz가 이끄는 팀은 특히 일부 임신이 초기 단계에서 실패하는 이유를 이해하는 데 관심이 있으며, 그녀는 이 새로운 모델이 이러한 프로세스에 대한 전례 없는 창을 제공할 수 있다고 말한다.
이 합성 배아 모델의 장점 중 하나는 이를 만드는 데 사용되는 줄기 세포를 유전 공학적으로 조작할 수 있어야 한다는 것입니다. 이를 통해 연구자들은 특정 유전자가 발달 과정에 어떻게 기여하는지 확인할 수 있다.
Hanna가 이끄는 다른 그룹은 기술에 대한 더 큰 야망을 가지고 있습니다. 그들은 이식을 위해 조직을 수확할 수 있는 환자의 세포에서 합성 배아를 만들 계획인 Renewal Bio라는 스타트업을 만들었다.
피부 및 연골과 같은 단순한 조직을 성장시키는 능력에 상당한 진전이 있었지만 복잡한 3D구조 및 맥관 구조를 가진 장기는 더욱 도전적이었다. Hanna는 신체 자체의 발달 과정에 의존하는 것이 더 나은 접근법이라고 믿는다.
"우리는 배아를 최고의 3D 바이오 프린터로 봅니다."라고 그는 MIT Technology Review 에 말했습니다 . "장기와 적절한 조직을 만드는 최고의 개체입니다."
회사가 예상하는 잠재적인 응용 프로그램 중에는 배아에서 혈액 세포를 수집하여 환자에게 수혈하여 면역 체계를 회복시키거나, 초기 난소의 세포를 사용하여 여성이 나중에 생식력을 연장하는 데 도움을 주는 것이다.
윤리적 및 과학적 도전 과제
인간 생물학을 재발명하려는 노력은 불가피하게 까다로운 윤리적 문제를 야기한다. 지침은 국가마다 다르지만 일반적으로 인간 배아는 무정형 세포덩어리에서 신체와 유사한 것으로 발달하기 시작하는 시점인 14일 이상 발달이 허용되지 않는다.
Renewal Bio는 임신 40일 또는 50일에 해당하는 발달 중인 배아를 구상한다. 이러한 실체가 실행 가능한 임신이 될 수 있는지에 대한 의문은 아직 거의 없지만 발달 경로를 따라갈수록 윤리적 의미가 더 모호해진다.
Hanna가 제안한 한 가지 가능한 해결책은 전구체 줄기 세포를 유전적으로 조작하여 배아가 머리를 발달시키지 않도록 하는 것이다. 잠재적으로 의식이 있는 존재에 대한 실험에 대한 우려를 피하는 것이다.
다른 연구자 들은 생명체로 발달할 가능성이 없는 합성 배아에 대한 우려가 장기 기증 대기자 명단에 있는 사람들에게 구체적인 혜택보다 중요하지 않다는 것이 중요하다고 주장 했다.
그러나 기술을 둘러싼 윤리적 문제가 상당하지만 전문가들은 기술적인 문제가 더 시급한 문제라고 말한다.
줄기세포가 배아와 유사한 구조로 유도될 수 있는 효율성은 여전히 매우 낮으며 모든 세포 배양의 1% 미만이 성공적으로 수행된다. 그리고 그럴 때에도 합성 배아는 발달에 진정으로 유용한 모델인지에 대한 의문을 제기하는 많은 결함을 가지고 있다.
마우스 줄기 세포에서 인간 줄기 세포로 이동하는 것은 사소한 단계가 아니다. 적어도 인간 배아가 유사한 발달 단계에 도달하는 데 상당히 오래 걸리기 때문이다.
마지막 생각들
우리는 아마도 노화와 싸우거나 필요에 따라 장기를 재생하는 것을 가능하게 하는 이 기술이 아직 멀었지만 그 잠재력을 과소평가하지 않는 것이 중요하다.
앞으로 나아갈 길에 대한 신중한 평가에도 불구하고 전문가들은 이러한 발전을 1997년 복제된 최초의 포유류인 양 돌리(Dolly)의 탄생에 비유했다.
아직 갈 길이 멀지만 이러한 능력은 인간의 건강과 장수에 중요한 영향을 미칠 수 있는 재생 의학의 새로운 시대로 가는 문을 열어준다.
그리고 이 기술을 상용화하려는 계획이 이미 진행 중이므로 많은 사람들이 생각하는 것보다 더 빨리 중요한 개발이 이루어질 수 있다.
