인체 밖에서 사람의 혈소판 생산

미국 연구진, 최초로 기능성 혈소판 생성

인체를 모방한 미세한 구조물을 만들어 인체 밖에서 기능성 혈소판을 생산해 내는 데 처음으로 성공했다.

미국 터프츠대학 소재 국립 생의학 및 생명공학 연구원(National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB)을 중심으로 한 공동 연구진은 인체 밖에서 사람의 혈소판을 생산할 수 있는 골수의 3차원(3D) 조직공학 모델을 만드는 데 성공했다고 최근 밝혔다.

혈소판은 피를 응고시키는 핵심 성분으로 상처를 치유하는데 필수적인 역할을 하며, 뻐 속의 부드러운 해면골조직인 골수의 거핵세포에서 생성된다. 골수는 모든 말초 혈액 세포를 만들어내는 역할을 맡고 있어 질병이나 부상, 혹은 암 치료 등으로 새로운 골수가 만들어지지 않으면 감염 위험이 크게 증가해 수혈을 받아야 한다.

실크 골수 구조의 3차원 현미경 사진 ⓒ David Kaplan, Tufts University

실크 골수 구조의 3차원 현미경 사진 ⓒ David Kaplan, Tufts University

따라서 골수 형성에 대한 이해와 재생산은 혈액세포와 혈소판을 만들어놨다 활용하는 길을 열 수 있어 질병 치료와 다양한 의학적 문제 해결에 큰 도움을 줄 수 있다.

실크 단백질 가설물을 플라스틱 미세 구조물에 접합

연구진은 먼저 거핵세포가 발달해 혈소판으로 만들어질 수 있는 복합 환경을 모방하는데 착수했다. 이 복합 환경에는 혈관 안쪽의 내피세포와, 주변의 세포들에 신호를 보내고 구조적으로 지원하는 세포밖 기질(extracellular matrix, ECM)이 포함된다. 미 국립보건원 조직공학 P41 자원센터 이사인 데이비드 카플란(David Kaplan) 교수와 전문의인 알레산드라 발두이니(Alessandra Balduini) 협동연구팀은 기능성 인체 혈소판을 모방해 만들어내기 위해 이 같은 구성요소들과 다른 성장인자들을 가지고 골수 형성 연구에 집중했다.

연구팀이 고안한 기능성 혈소판 생성과정 ⓒ ScienceTimes

연구팀이 고안한 기능성 혈소판 생성과정

연구팀은 처음에 세포들이나 혈소판이 역으로 작동하지 않고 내피세포와 ECM 및 거핵세포들을 지지할 수 있는 구조가 필요하다는 것을 깨달았다. 이들은 실크 단백질 비계(飛階, 공사 가설물)을 이용한 이전의 연구에서 실크가 어떤 세포 특이적인 신호를 피하면서 용도에 맞게 여러 가지 조작이 가능한 생체호환성이 매우 높은 재료임을 상기했다. 이에 따라 성장인자들을 결합해 2~5㎛ 사이로 두께를 달리하고 강도도 다른 실크 비계를 만들어 거핵세포가 잘 부착되고, 거핵세포의 조각들인 혈소판 전구물질들이 성공적으로 형성되는가를 시험했다. 이런 여러 요소들이 잘 조합을 이루자 연구팀은 세포 성장을 유도하기 위해 실크 비계를 플라스틱 구조물에 접합시켰다.

그러자 실크 비계 한쪽에서는 내피 1차세포(EPCs)가 성장하고, 다른 쪽에서는 거핵세포가 자라나기 시작했다. EPCs는 거핵세포를 성숙하게 하는 성장인자를 분비하는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 생산환경과 피가 흐르는 구조물인 미세혈관계를 모방해내기 위해 다공성인 실크 미세관 주위에 실크 스폰지를 만들었다. 미세관의 벽 두께는 10㎛ 이하로 만들어 혈소판 전구물질들이 벽을 통과해 옮겨가 혈소판이 생성되도록 했다. 연구진은 영양성분을 채운 배양액을 미세관을 통해 흘려보내 피가 흐르는 모습을 구현했다. 이 영양성분들은 EPCs에 덧붙여 실크 구조가 혈소판 형성을 지원하도록 하는 성장인자로 작용했다.

실크 미세관-스폰지 조직시스템 안의 거핵세포들이 혈소판을 생성하는 단계들을 현미경 분석 사진으로 보여준다. ⓒ David Kaplan, Tufts University

실크 미세관-스폰지 조직시스템 안의 거핵세포들이 혈소판을 생성하는 단계들을 현미경 분석 사진으로 보여준다. ⓒ David Kaplan, Tufts University

맞춤형 치료 혈소판 생산에 새로운 이정표

이 독창적인 모델은 이전의 방법에 비해 훨씬 더 많은 수의 혈소판을 생성할 수 있을 뿐 아니라, 가장 중요한 점은 혈소판이 기능성을 띠고 있다는 점이다.

이번 연구 결과는 혈소판을 생성하기 위해 창출한 완전한 미세환경으로서는 최초의 사례다. 조직공학으로 만들어진 실크 골수 발달의 각 단계는 혈소판 생산량을 성공적으로 증가시켰을 뿐 아니라 최소의 자원으로 기능성 혈소판 생산을 극대화하는 성과를 거뒀다.

이 연구는 여러 과학자들이 골수가 혈소판을 생성하는 과정을 더 잘 이해할 수 있도록 함으로써 이 과정이 가로막히거나 복원되는 방법을 테스트해 볼 수 있다. 또한 인체 밖에서 생성되는 혈소판은 까다로운 궤양이나 화상을 포함해 여러 재생의학의 치료에 활용될 수 있다.

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