미래를 보다: 제브라피쉬는 완전한 기능의 광수용체 세포를 재생하고 시력을 회복합니다.

실명 질환은 인간이 자연적으로 재생할 수 없는 광수용체 세포를 손상시켜 영구적인 시력 상실을 초래합니다. 연구자들이 이러한 세포를 대체하거나 재생하는 새로운 방법을 연구하는 동안 중요한 질문은 재생된 광수용체가 시력을 완전히 회복할 수 있는지 여부입니다. 이제 드레스덴 공과대학교 CRTD(재생 치료 드레스덴 센터)의 Michael Brand 교수가 이끄는 연구팀이 중요한 진전을 이루었습니다. 연구팀은 선천적으로 광수용체 재생 능력이 있는 동물인 제브라피시를 연구해, 재생된 광수용체가 원래의 것과 동일하고 정상적인 기능을 회복해 물고기가 완전한 시력을 회복할 수 있음을 보여주었다. 그들의 결과는 저널 "발달 세포,"는 광수용체 대체 요법의 미래에 대한 유망한 통찰력을 제공합니다.

시각은 망막에 의존하는 복잡한 감각입니다. 우리 눈 뒤쪽에 있는 이 복잡한 신경 조직은 실제로 뇌의 외부 부분입니다. 광수용체 세포가 빛을 포착하여 전기 신호로 변환하는 곳입니다. 인간의 경우 이러한 광수용체는 손상 후에도 교체되지 않습니다. 한번 상실되면 재생되지 않아 회복 불가능한 시력 상실로 이어집니다.

드레스덴의 CRTD를 포함하여 현재 개발 중인 치료법은 망막 내의 줄기 세포를 자극하여 새로운 광수용체로 발전하거나 신체 외부에서 성장한 광수용체를 이식함으로써 손상된 인간 광수용체를 교체하고 시력을 회복하는 것을 목표로 합니다.

인간과 달리 제브라피시는 심각한 손상을 입은 후에도 신경계의 일부를 재생하는 놀라운 능력을 가지고 있습니다. Zebrafish는 뮐러 신경교(Müller glia)로 알려진 망막에 위치한 특수 줄기 세포에서 광수용기를 다시 성장시킬 수 있습니다. 이러한 독특한 능력 덕분에 제브라피시는 광수용체 재생을 통해 시력을 회복할 수 있는 잠재력을 연구하는 데 이상적인 모델이 되었습니다.

"인간의 망막을 포함한 포유류의 망막은 뮐러 교세포와 매우 유사합니다. 그러나 우리 세포는 진화 과정에서 재생 능력을 상실했습니다. 그러나 이들 세포는 매우 유사하기 때문에 치료 응용을 위해 이러한 재생 잠재력을 다시 활성화하는 것이 가능할 수 있습니다. 미래에는” 연구를 이끈 CRTD의 연구 그룹 리더인 Michael Brand 교수는 말합니다. "그러나 그러한 새로운 광수용체 세포가 원본만큼 효과적으로 기능할 수 있는지를 결정하는 것이 중요합니다."

불가능한 측정 수행

연구자들은 제브라피시가 손상된 망막을 재생할 수 있으며, 새로운 광수용체가 원본과 동일하게 나타난다는 사실을 오랫동안 알고 있었습니다. Brand 교수 그룹을 포함한 다양한 그룹은 재생 후 물고기가 시력을 회복했음을 확인하는 행동 테스트를 개발했습니다. 그러나 이러한 테스트를 통해 광수용체 기능이 어느 정도 회복되었는지 직접적으로 평가할 수는 없었습니다.

"시력이 완전히 회복되었는지 확인하는 유일한 종합 테스트는 망막 세포의 전기생리학적 활동을 직접 측정하는 것입니다. 광수용체가 다양한 색상의 빛에 의해 올바르게 자극됩니까? 전기적으로 동일한 정도로 활성화됩니까? 망막 세포에 연결되어 있습니까? 이웃 셀에 신호를 전달하고 있나요? 일반적인 회로가 모두 연결되어 있나요? 브랜드 교수는 말합니다.

이러한 질문에 답하기 위해 브랜드 팀은 고급 현미경을 사용하여 광수용기 시냅스, 즉 광수용기가 다른 신경 세포에 연결되어 전기 신호를 전달하는 곳에서 광수용기의 활동을 직접 추적할 수 있는 유전자 변형 제브라피시를 사용했습니다.

그러나 재생된 광수용체의 기능을 테스트하는 것은 중요한 기술적 과제임이 입증되었습니다. 광수용체는 빛을 전기 신호로 변환합니다. 그러나 현미경으로 세포를 관찰하기 위해 빛을 사용하는 것은 동시에 세포를 자극합니다. 이러한 기술적 어려움은 극복이 거의 불가능해 보였습니다. 그러나 영국 브라이튼 서식스 대학교의 Tom Baden 교수와 TUD 분자 및 세포 생명공학 센터의 광학 현미경 시설 책임자인 Hella Hartmann 박사의 의견을 바탕으로 맞춤형 현미경을 제작할 수 있었습니다. 이를 통해 팀은 다양한 빛 색상에 대한 관찰과 측정에서 자극을 분리하고 이러한 기술적 장애물을 극복할 수 있었습니다.

이 고급 맞춤형 설정을 사용하여 브랜드 팀은 재생된 광수용체가 실제로 정상적인 생리학적 기능을 회복한다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 그들은 서로 다른 파장의 빛에 반응하고, 전기 신호를 인접한 세포로 전송하며, 손상되지 않은 망막의 원래 광수용체와 동일한 감도, 품질 및 속도로 그렇게 합니다.

미래에 대한 희망

브랜드 교수는 "시각 조절 행동을 복원하는 이전 연구와 함께 광수용체 기능의 모든 측면을 복원함으로써 물고기가 다시 완전히 '볼' 수 있다는 것이 분자 수준에서 확인됐다"고 말했다.

"인간과 물고기는 공통된 진화 조상을 갖고 있으며 대부분의 유전자와 세포 유형을 공유합니다. 따라서 우리는 인간이 제브라피시로부터 이러한 '재생 기술'을 배울 수 있기를 바랍니다. 이 단계에서 우리의 연구가 임상에 적용되기까지는 아직 갈 길이 멀다. 그러나 이미 인간 망막에 있는 줄기세포로부터 이러한 기능적 재생을 달성할 수 있다면 현재 치료할 수 없는 망막염과 같은 질병의 치료에 혁명을 일으킬 가능성이 있다. 색소증 또는 황반변성. 이 연구는 우리에게 그 꿈에 한 걸음 더 다가가게 해줍니다."라고 Brand 교수는 결론지었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240829132448.htm