보도자료

2005년 2월 09일

“질문이나 인터뷰 예약을 원하시는 경우, 담당자 Claudia Costabile 에게ccostab1@jhmi.edu 로 연락 주시기 바랍니다.”

동물실험에서 줄기세포를 이용한 생물학적 심장박동 보조장치 증거 발견

존스홉킨스의 연구팀이 기니픽 실험연구에서 최초로 유전공학적으로 인간배아줄기세포에서 추출한 심장세포가 전세계적으로 수만명이 사용하고 있는 전자심장박동 보조장치를 대체하는 생물학적 보조장치의 증거를 발견했다고 밝혔다.

전자심장박동 보조장치는 정상적인 심장박동을 방해하는 심장질환이 있는 어린이들과 성인에게사용되고 있다.  그러나 이 생명구호 장치는 예를들어, 계단을 올라갈때 또는 공포영화를 관람할 때 심장박동수가 자연스럽게 올라가는 반응과 같은 인체심장박동기의 역할을 하지 않는다.

본 연구팀은 회보지 Circulation 의 12월 20일자 온라인판에서 인간배아줄기세포를 유전공학적으로 녹색 단백질로 만들어 실험실에서 배양한다음 심장세포로 전환시킬 것이라고  밝혔다. 그 다음단계로 연구팀은 심장박동세포의 신호인 독특하게 조화된 박동수를 보이는 세포군을 선택했다.  이 세포군들은 여러 실험쥐에서 추출한 심근세포가 일치된 박동을 일으키게 하였고 기니픽 심장에 이식되었을 때에는 동물의 심장이스스로 정상적인 박동을 일으켰다.

“또한 이 식된세포들은 전자심장박동 조정기가 그렇게 할수 없는 심장박동속도조절 치료약에 적절한 반응을 보였습니다”라고 연구팀을주도한 의과대 조교수 Ronald Li  박사가 밝혔다.  “하지만 이 기술이 환자에게 사용되기 전까지는 아직 많은 단계들이 남아 있습니다.  이 결과를 임상에 최대한 빨리 적용하고 싶지만 극도록 조심을 해야할 필요가 있습니다. 만약 절차가 정확히 처리되지 않으면 이 전망있는 분야에 엄청난재해를 가져다줄 수 있으니까요.”

의대 졸업생 특별연구원 Tian Xue박사가 개발한 유전공학 배아줄기세포는 실험동물의 세포와 인간세포를 쉽게 구분할 수 있도록 한 개의 유전자 (녹색형광단백질)에 주입 되었다. 주입된 공학세포가 생존했을 뿐만아니라 정상적인 기능을 보였으므로 앞으로 임상적으로 중요한 다른유전 공학세포 또한 유사한 결과를 가져다줄 것으로 추측한다고 연구팀은밝혔다.

“본 공학세포는 최초로 인간배아세포에서 추출되어 유전공학적으로 만들어진 심장세포로 저희들은 알고 있습니다” 라고 Xue박사는 주지한다.  “현재 연구팀은 이 유전공학세포를 개인에게 맞춤화된 박동수를 연구하는데 사용하고 있습니다. 즉, 미래의 임상적용에서 박동수가 개인에게 적합한 수치인가를 확인하는 것이 중요합니다.”

위스콘신 대학에서 단독적으로 처음 연구팀이 사용한 인간배아줄기세포는 인간의 신체에서 발견되는 다양한 종류의 세포들로 전환이 가능한자가력이 있어 손상된 세포를 대체할 수 있는 잠재성이 있다. 하지만 그러한 적용은 원시세포가 종양을 유발하거나 이식된 세포에 대한 면역반응을 일으킬 위험이 있기 때문에 목표하는세포를 습득하고 , 고립 및 통제가 가능하다는 것이 증명 되어야 한다.  

본 실험에서 배아줄기세포로 부터 추출한 인간 심장세포박동 세포군이6마리 기닉픽 심근에 주입되었다.  며칠후, 연구팀은 근접한 주입 지점에위치한 각각의 실험동물의 자연 심장박동세포를 동결시켜 파괴했다.   전자측정기로 관찰한 결과, 동물의 심장은 이식된 인간세포에 의해 조정된, 동물의 정상박동수 보다는 느린, 하지만 인간의 심장 박동수에 가까운 새로운 박동수를 나타냈다.

인간 심장세포가 기닉픽의 박동을 조종한다는 것을 증명하기 위해 동료Fadi Akar박사와 Gordon Tomaselli박사가 동물의 심장표면에서 정확한 신호의 진원지를 추적하였다. 분명 신호는 이식된 인간세포로 부터 발생하는 것이었고 형광세포를 쉽게 구분할 수 있었다.   

“저희는 세가지 질문에 대한 답변을 찾은 셈입니다. 먼저 동물에게 주입된 인간세포가  생존하였고 , 동물의 심근과 기능적으로 연결되었으며, 저희들이 관찰한 바로는 종양이 발생하지 않았다는 점입니다.” 라고 Xue박사가 주지했다.

하지만 이러한 결과로 인한 새로운 의문점이 있다고 Li박사는 말한다. 연구팀 자신들도 놀랐지만, 왜 동물의 면역체계가 “침략자” 인 인간세포를 공격하지 않았을까?  한가지 가능성은 세포군이 동물의 순환계와 완전히 연결되지 않아 면역반응을 보이지 않은것일 수 있다. 하지만 그것이 정확한 원인인지를 밝혀내기 위해서는 좀더 자세한 실험을 거쳐야하며, 만약 그렇다면 이 결과로 인해 이식세포 가장 기간동안 생존할 수  있게 하는데 영향을 끼칠것이다.    

연구팀은 몇달에 걸친 관찰기간 동안 종양이 전혀 생기지 않은 결과에대해 놀라지 않았으나 본 실험에서 심장박동세포는 선별된 것이었고 적합하게 분화되지 않은 세포들은 모두 제외 되었다는 것을 감안해야 할것이다.

존스홉킨스의 생물학적 심장박동조정기를 만들기 위한 줄기세포 시도는 이번이 처음은 아니다.  본 연구결과에 의하면 심장의 손상정도가 심각한 경우에는 큰 혜택을 가져다줄 수 있다.   2002년 홉킨스 과학자들이특정 유전자를 기니픽의 심장세포에 주입한 결과, 세포가 심장박동 신호를 만들어냈다는 연구결과를 보고한 바있다.  하지만 심장 손상범위가넓은 경우 기존의 세포를 박동조정기로 변환하기 보다는 새로운 심장박동세포를 주입하는 것이 나을 수 있다고 Li박사는 강조한다.

본 연구는 미심장폐혈액연구원과 블라우스테인 통증연구센타, 크라우처 재단, 그리고 심부정맥연구 및 교육재단의 연구보조금에 의해 이루어졌다.  연구보고서는 존스홉킨스의 Xue, Li, Akar, Tomaselli, Eduardo Marbán, Heecheol Cho, Suk-ying Tsang 그리고 Steven Jones 가 공동 저작했다.