인간의 심장 발달을 모방한 오가노이드

뮌헨 공과대학(TUM)의 한 팀은 인간 심장의 발달을 모방하기 위해 줄기 세포를 유도했습니다. 그 결과 오가노이드로 알려진 일종의 “미니 하트”가 탄생했습니다. 그것은 우리 심장의 초기 발달 단계에 대한 연구를 허용하고 질병에 대한 연구를 용이하게 할 것입니다.

인간의 심장은 임신 후 약 3주 후에 형성되기 시작합니다. 이것은 여성이 종종 자신의 임신을 인식하지 못하는 시기에 심장 발달의 초기 단계를 배치합니다. 그것이 우리가 마음이 어떻게 형성되는지에 대한 많은 세부 사항에 대해 아직 거의 알지 못하는 한 가지 이유입니다. 동물 연구 결과는 인간에게 완전히 전달되지 않습니다. TUM에서 개발된 오가노이드는 연구자들에게 도움이 될 수 있습니다.

35,000개의 셀로 이루어진 공

심혈관 질환의 재생 의학 교수인 Alessandra Moretti와 함께 일하는 팀은 다능성 줄기 세포를 사용하여 일종의 “미니 심장”을 만드는 방법을 개발했습니다. 약 35,000개의 세포가 원심분리기에서 구형으로 회전됩니다. 몇 주에 걸쳐 고정된 프로토콜에 따라 다양한 신호 분자가 세포 배양에 추가됩니다. “이런 식으로 우리는 심장의 발달 프로그램을 제어하는 ​​신체의 신호 경로를 모방합니다.”라고 Alessandra Moretti는 설명합니다. 이 그룹은 현재 Nature Biotechnology 저널에 연구 결과를 발표했습니다.

최초의 “심장외피”

생성된 오가노이드는 직경이 약 0.5mm입니다. 혈액을 펌핑하지는 않지만 전기적으로 자극을 받을 수 있고 인간의 심장 방처럼 수축할 수 있습니다. Moretti 교수와 그녀의 팀은 심장 근육 세포(cardiomyocytes)와 심장 벽의 외층 세포(epicardium)를 모두 포함하는 오가노이드를 성공적으로 만드는 데 성공한 세계 최초의 연구자입니다. 심장 오가노이드의 젊은 역사에서(첫 번째는 2021년에 설명됨) 연구자들은 이전에 심근 세포와 심장 벽의 내층(심내막) 세포로 오가노이드만 만들었습니다.

“심장이 어떻게 형성되는지 이해하기 위해서는 심외막 세포가 결정적입니다.”라고 이 연구의 제1 저자인 Anna Meier 박사는 말합니다. “예를 들어 조직과 혈관을 연결하는 것과 같은 심장의 다른 세포 유형은 이러한 세포에서 형성됩니다. 심외막은 또한 심장 방을 형성하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.” 팀은 새로운 오가노이드를 “epicardioids”라고 적절하게 명명했습니다.

새로운 세포 유형 발견

오가노이드 생산 방법과 함께 팀은 첫 번째 새로운 발견을 보고했습니다. 개개의 세포를 분석한 결과 오가노이드가 발달한 지 7일 쯤에 생쥐에서 최근에야 발견된 유형의 전구세포가 형성되는 것으로 확인됐다. 심외막은 이들 세포로부터 형성됩니다. 모레티 교수는 “우리는 이 세포들이 인체에도 존재한다고 가정한다.

이러한 통찰은 또한 태아의 심장이 스스로 회복할 수 있는 이유에 대한 단서를 제공할 수 있는데, 성인 인간의 심장에는 거의 없는 기능입니다. 이 지식은 심장 마비 및 기타 상태에 대한 새로운 치료 방법을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

“맞춤형 오가노이드” 생산

연구팀은 또한 오가노이드가 개별 환자의 질병을 조사하는 데 사용될 수 있음을 보여주었다. 누난 증후군을 앓고 있는 환자의 다능성 줄기 세포를 사용하여 연구자들은 페트리 접시에서 조건의 특성을 모방하는 오가노이드를 생산했습니다. 앞으로 몇 달 동안 팀은 다른 선천성 심장 결함을 조사하기 위해 비슷한 개인 오가노이드를 사용할 계획입니다.

오가노이드에서 심장 상태를 모방할 수 있는 가능성을 통해 향후 약물을 직접 오가노이드에서 테스트할 수 있습니다. 알레산드라 모레티(Alessandra Moretti)는 “이러한 테스트를 통해 약물을 개발할 때 동물 실험의 필요성을 줄일 수 있을 것”이라고 말했다.

오가노이드 연구는 TUM의 핵심 연구 분야입니다.

연구원들은 심장 오가노이드를 만드는 과정에 대한 국제 특허를 등록했습니다. Epicardioid 모델은 TUM의 여러 오가노이드 프로젝트 중 하나입니다. Center for Organoid Systems에서 다양한 부서 및 의장의 작업 그룹이 협력할 것입니다. 그들은 장기, 암 및 신경 퇴행성 질환의 형성을 연구하고 인간 3D 시스템으로 의학의 발전을 달성하기 위해 최첨단 이미징 및 세포 분석을 통해 췌장, 뇌 및 심장 오가노이드에 대한 학제간 연구를 수행할 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/04/230404114235.htm