줄기세포 유래 심장 근육 세포를 이용해 심장 재생 치료 발전

재생 심장 치료법은 심장 근육 세포를 심장의 손상된 부위에 이식하여 상실된 기능을 회복시키는 것을 포함합니다. 그러나 이 시술에 따른 부정맥의 위험이 높은 것으로 알려졌습니다. 최근 연구에서 일본 연구자들은 인간 줄기 세포에서 배양한 ‘심장 타원체’를 손상된 심실에 직접 주입하는 새로운 접근법을 테스트했습니다. 영장류 모델에서 관찰된 매우 긍정적인 결과는 이 전략의 잠재력을 강조합니다.

심혈관 질환은 여전히 ​​전 세계적으로 사망 원인 1위에 속하며, 특히 선진국에서 널리 퍼져 있습니다. 일반적으로 “심장마비”로 알려진 심근경색이 증가하고 있으며, 이로 인해 매년 상당한 수의 사망자가 발생하고 있습니다.

심장마비는 일반적으로 수백만 개의 심장 근육 세포를 죽여 심장을 약화된 상태로 만듭니다. 포유동물은 스스로 심장 근육 세포를 재생할 수 없기 때문에 심장 이식은 현재 심부전을 겪고 있는(또는 겪을 가능성이 있는) 환자에게 임상적으로 실행 가능한 유일한 옵션입니다. 전체 심장 이식은 비용이 많이 들고 기증자를 구하기 어렵다는 점을 감안할 때 의료계에서 대체 치료법을 많이 찾는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

꾸준히 주목을 받고 있는 유망한 전략 중 하나는 재생 심장 치료에 인간 유도만능줄기세포(HiPSC)를 사용하는 것입니다. 간단히 말해서, HiPSC는 심장 근육 세포(심근세포)와 같이 완전히 다른 세포 유형으로 효과적으로 ‘재프로그램화’될 수 있는 성숙한 세포에서 파생된 세포입니다. HiPSC에서 추출한 심근세포를 심장의 손상된 부위에 이식하거나 주입하면 손실된 기능을 일부 회복할 수 있습니다. 불행하게도 연구에 따르면 이러한 접근 방식은 부정맥의 위험을 증가시켜 임상 시험에 큰 장애물이 될 수 있다고 보고되었습니다.

최근 연구에서 일본 신슈대학교와 게이오대학교 의과대학 연구팀은 심근경색이 있는 원숭이에게 HiPSC에서 추출한 ‘심장 회전타원체’를 주입하는 재생 심장 치료를 위한 새로운 전략을 테스트했습니다. 이 연구는 2024년 4월 26일 저널에 발표되었습니다. 순환신슈대학교 재생의학부 시바 유지 교수가 주도했다.

연구팀에는 제1저자 고바야시 히데키, 신슈대학교 의과대학 심혈관내과의 쿠와하라 고이치로, 게이오대학교 의과대학 심장내과의 토야마 슈고, 후쿠다 케이이치 등이 포함됐다.

새로운 접근법에서 연구자들은 HiPSC를 심근세포로 분화시키는 배지에서 배양했습니다. 배양물에서 심장 회전타원체(심장 세포의 3차원 클러스터)를 조심스럽게 추출하고 정제한 후 약 6 x 10⁷ 게를 먹는 원숭이의 손상된 심장에 세포를 주입합니다(마카카 파시쿨라리스). 그들은 심장 기능을 정기적으로 측정하면서 12주 동안 동물의 상태를 모니터링했습니다. 그 후, 그들은 조직 수준에서 원숭이의 심장을 분석하여 심장 회전타원체가 손상된 심장 근육을 재생할 수 있는지 여부를 평가했습니다.

먼저 팀은 HiPSC가 심근세포로 올바르게 재프로그래밍되는지 확인했습니다. 그들은 세포 수준의 전기 측정을 통해 배양된 세포가 심실 세포의 전형적인 잠재적 패턴을 나타냄을 관찰했습니다. 세포는 또한 다양한 알려진 약물에 예상대로 반응했습니다. 가장 중요한 것은 세포가 기존 심장으로의 혈관 통합을 촉진하는 코넥신 43 및 N-카드헤린과 같은 접착 단백질을 풍부하게 발현한다는 사실을 발견했다는 것입니다.

그 후, 세포는 게이오대학교 생산 시설에서 230km 떨어진 신슈대학교로 운반되었습니다. 표준 용기에 4°C로 보존된 심장 회전타원체는 문제 없이 4시간의 여정을 견뎌냈습니다. 이는 세포를 병원으로 운반할 때 극단적인 극저온 조치가 필요하지 않음을 의미하며, 이는 제안된 접근 방식을 보다 저렴하고 채택하기 쉽게 만듭니다.

마지막으로, 원숭이들은 손상된 심장 심실에 직접 심장 타원체나 위약을 주사 받았습니다. 관찰 기간 동안 연구자들은 부정맥이 매우 드물며 치료군 중 처음 2주 동안 일과성 빈맥(빠른 맥박)을 경험한 사람은 단 2명뿐이었다는 점에 주목했습니다. 연구팀은 심장초음파검사와 컴퓨터 단층촬영 검사를 통해 4주 후 치료를 받은 원숭이의 심장이 대조군에 비해 좌심실 박출량이 더 좋아 혈액 펌핑 능력이 우수한 것을 확인했다.

조직학적 분석 결과, 궁극적으로 심장 이식편이 성숙했고 기존의 기존 조직에 적절하게 연결되어 이전 관찰 결과와 확고히 일치하는 것으로 나타났습니다. “HiPSC 유래 심장 타원체는 간단한 생성 과정과 효율성을 고려할 때 잠재적으로 심장 재생을 위한 최적의 심근세포 제품 형태로 사용될 수 있습니다.“라고 고바야시 조교수는 말합니다.이번 연구 결과가 세포이식 후 발생하는 심실부정맥의 주요 문제를 해결하는 데 도움이 될 것이며, 심장재생치료의 실현을 크게 가속화할 것으로 기대된다.“라고 덧붙인다.

원숭이에서 테스트되었지만 본 연구에 사용된 심장 회전타원체 생산 프로토콜은 인간의 임상 적용을 위해 설계되었다는 점은 주목할 가치가 있습니다. “지금까지 얻은 유리한 결과는 LAPiS 임상시험이라는 임상시험에 승인을 제공하기에 충분합니다. 우리는 이미 허혈성 심근병증 환자에게 동일한 심장 타원체를 사용하고 있습니다.” 코멘트 고바야시 교수.

심장 질환으로 고통받는 사람들을 위한 확장되고 효과적인 치료 방법의 길을 열어주는 LAPiS 임상시험의 놀라운 성공을 모두가 바랍니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240426110017.htm