배양 줄기세포서 발생 2주 뒤 인간 배야 모델 작성 성공

최근에는 인간 장기나 기관을 배양한 줄기세포로부터 만드는 연구가 진행되며 발생 초기 인간 배아를 인공 합성하는 시도도 이뤄지고 있다. 새롭게 이스라엘 와이즈만과학연구소(Weizmann Institute of Science) 연구팀이 배양한 줄기세포로부터 발생 일주일 뒤 인간 배아 모델을 작성, 발생 2주 뒤 단계까지 배양하는 데 성공했다고 보고했다.

줄기세포를 이용해 인공적으로 장기와 기관을 만들어내는 연구는 최근 급속히 진전되고 있다. 연구팀은 몸을 구성하는 거의 모든 세포로 분화할 수 있는 다능성 줄기세포를 재프로그래밍해 더 미분화된 나이브형 인간 줄기세포라고 불리는 상태로 되돌리는 방법을 개발했다.

연구팀은 이 나이브형 인간 줄기세포를 화학 처리해 배아로 성장하는 걸 의도한 세포군이나 태반, 배체 외 중배엽 등으로 성장하도록 의도한 세포군을 만들어냈다. 그리고 이들 세포군을 최적화된 조건으로 혼합하면 세포는 덩어리를 형성하고 그 중 1%가 완전한 배아형 구조에 배치됐다고 한다.

이렇게 갓 만든 모델 배아는 발생 일주일 뒤 인간 배아에 해당하는 구조를 갖고 잇으며 자궁 밖에서 8일간 정상 발달해 발생 2주 뒤 인간 배아에 해당하는 발생 단계에 이르렀다. 연구팀에 따르면 발생 일주일 뒤에 상당하는 단계 모델 배아는 120개 세포로 이뤄져 크기는 0.01mm 정도였지만 발생 2주 뒤 상당한 단계에선 2,500개 세포가 모이고 크기는 0.5mm 정도까지 성장했다고 한다.

연구팀은 배아는 정의상 자기 구동형이며 무엇을 해야 하는지 지시할 필요는 없고 내부적으로 인코딩된 가능성을 해방할 뿐이라면서 먼저 적절한 종류 세포를 혼합하는 게 중요하며 이는 발생 제한 없는 순수 줄기세포에서만 유래한다고 밝혔다.

이 모델 배아는 태반 등 같은 연령대 인간 배아와 같은 구조상 특징을 갖고 있어 구조나지지 구조가 올바른 위치에 있을 뿐 아니라 크기나 형상도 적절했다고 한다. 또 임신 검사 판단 기준이 되는 호르몬을 만드는 세포까지 존재하고 실제로 임신 검사 키트는 모델 배아로부터의 분비물을 검출해 양성이라고 판정했다고 연구팀은 보고하고 있다.

인간 배아는 발달 3∼4주간 신체 기관을 포함한 구조화된 배아가 되지만 발달 초기 인간 배아는 윤리적, 기술적 문제로 연구하기 어렵다. 연구팀은 임신에서 큰 드라마는 첫 1개월에 있고 나머지 8개월은 주로 성장 단계라며 이번에 작성된 모델은 초기 인간 배아가 태아로 성장하는데 필요한 과정을 에뮬레이트한 것으로 수수께끼에 싸인 발생 초기 인간 배아 연구에 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

연구팀은 임신 실패 대부분은 발생 초기 몇 주간 발생하며 이는 종종 여성이 임신 중임을 알기 전이라면서 발생 초기에는 또 많은 선천성 결손증이 발생하며 때로 이들은 계속 나중에 발견되는 경향이 있다고 말한다. 이번 모델은 초기 단계에서 적절한 발달을 보장하는 생화학, 기계적 신호와 발달이 작동하지 않는 이유를 보여주는데 사용할 수 있다고 덧붙였다. 실제로 이번 실험에선 인간 배아 발생으로부터 10일 뒤 상당하는 단계에서 배아가 올바르게 태반형성세포에 싸여 있지 않으면 난황낭 등 내부 구조가 적절하게 발달하지 않는 것도 확인했다.

한 연구자는 이번 연구는 확실히 중요한 것으로 인정한다. 더구나 태반 전구물질인 영양막은 적절하게 조직화되어 있지 않는 등 완전한 인간 배아를 재현한 게 아니라는 점에는 주의가 필요하다고 지적한다. 또 자궁 내막에 착상하기 위해 필요한 단계를 우회하고 있기 때문에 모델 배아를 자궁에 이식해도 발달할 수 없다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.