혈액 연구에서 줄기세포 이식의 '블랙박스'가 열렸다

과학자들은 처음으로 줄기세포 이식 후 수십 년이 지나도 어떤 일이 일어나는지 추적해 50년 이상 의학적 미스터리로 남아 있던 시술의 베일을 벗겼습니다.

이러한 통찰력은 기증자 선택 및 이식 성공에 대한 새로운 전략을 위한 길을 열어 더 안전하고 효과적인 이식을 가능하게 할 수 있습니다.

웰컴 샌거 연구소의 연구원들과 취리히 대학의 협력자들은 이식 후 최대 30년까지 수혜자의 신체에서 줄기세포의 행동을 매핑하여 이러한 세포의 장기적인 역학에 대한 최초의 통찰력을 제공했습니다.

오늘(10월 30일) Nature 에 발표되고 Cancer Research UK에서 부분적으로 자금을 지원한 이 연구 에 따르면, 종종 성공률이 낮은 노령 기증자의 이식은 이식 과정에서 살아남는 중요한 줄기 세포가 10배 적습니다. 살아남은 세포 중 일부는 또한 강력한 면역 체계에 필수적인 다양한 혈액 세포를 생성하는 능력을 잃습니다.

전 세계적으로 매년 백만 명 이상의 사람들이 백혈병과 림프종과 같은 혈액암으로 진단을 받고 있으며, 이는 사람의 면역 체계가 제대로 작동하지 못하게 할 수 있습니다. 골수 이식이라고도 하는 줄기 세포 이식은 종종 환자에게 유일한 치유적 치료 옵션입니다. 이 시술은 환자의 손상된 혈액 세포를 기증자의 건강한 줄기 세포로 대체하여 환자의 전체 혈액 및 면역 체계를 재건합니다. 영국에서만 매년 2,000명 이상이 이 시술을 받습니다(2).

50년 이상 수행되어 왔음에도 불구하고 이식이 어떻게 작동하는지에 대한 많은 근본적인 의문이 여전히 풀리지 않았습니다. 생명을 구할 수 있지만 결과는 매우 다양하여 많은 환자가 수년 후에 합병증에 직면하게 됩니다. 기증자 연령은 성공률에 영향을 미치는 것으로 알려져 있지만(3) 지금까지 이식 후 세포 수준에서 일어나는 일은 '블랙박스'였습니다.

이 새로운 연구에서 웰컴 샌거 연구소와 취리히 대학의 연구자들은 고급 게놈 시퀀싱 기술을 사용하여 이식 후 31년까지 기증자-수혜자 형제 쌍 10쌍의 혈액 샘플을 분석 했습니다.

기증자와 수혜자의 줄기세포에서 평생 동안 발생하는 돌연변이를 분석함으로써, 그들은 얼마나 많은 줄기세포가 이식 과정을 살아남아 환자 몸에서 새로운 혈액 세포를 계속 생성하는지 추적할 수 있었습니다. 이는 이전에는 불가능했던 접근 방식입니다.

연구팀은 20대와 30대와 같은 젊은 기증자의 이식에서 약 30,000개의 줄기세포가 장기적으로 생존하는 반면, 나이든 기증자의 경우 1-3,000개에 불과하다는 것을 발견했습니다. 이러한 감소는 면역력 감소와 더 높은 재발 위험으로 이어질 수 있으며, 이는 젊은 기증자가 종종 더 나은 결과를 가져오는 이유를 설명할 수 있습니다.

또한 연구진은 이식 과정에서 수혜자의 혈액계가 일치하는 기증자에 비해 약 10~15년 정도 노화되는 것을 발견했습니다. 이는 주로 줄기세포 다양성이 낮기 때문입니다.

놀랍게도, 이식 과정의 강렬한 스트레스에도 불구하고 줄기 세포는 환자의 혈액을 재구축하기 위해 빠르게 분열하면서 새로운 유전적 돌연변이를 거의 얻지 못합니다. 이는 이식 중 높은 돌연변이율에 대한 이전의 가정에 도전합니다.

이 연구는 또한 기증자의 나이와 관계없이 이식 후 특정 줄기세포가 번성하는 데 도움이 되는 다른 유전적 요인을 확인했습니다(5). 이러한 다양한 유전적 이점은 더 나은 치료법의 개발로 이어질 수 있으며, 더 많은 환자에게 이식을 더 안전하고 효과적으로 만들 수 있습니다.

웰컴 샌저 연구소에서 이 연구의 첫 번째 저자인 마이클 스펜서 채프먼 박사는 "이식을 받으면 혈액계에 새로운 시작을 주는 것과 같지만, 실제로 그 줄기세포에 무슨 일이 일어나는가? 지금까지 우리는 세포를 도입한 다음 혈액 수치를 모니터링하여 회복 징후를 확인할 수 있었습니다. 하지만 이 연구에서 우리는 단일 샘플에서 수십 년간의 변화를 추적하여 일부 세포 집단이 사라지고 다른 세포 집단이 우세해 시간이 지남에 따라 환자의 혈액을 형성하는 방식을 밝혀냈습니다. 이 과정을 이렇게 자세히 이해하는 것은 신나는 일입니다."라고 말했습니다.

취리히 대학에서 이 연구의 수석 저자인 마르쿠스 만츠 박사는 "이 연구는 나이가 단순한 숫자 이상이라는 점을 강조합니다. 이식 성공에 중요한 요소입니다. 조혈모세포 시스템은 시간이 지나도 놀라울 정도로 안정적이지만, 일반적으로 젊은 기증자는 더 크고 다양한 범위의 줄기세포를 공급하는데, 이는 환자의 장기 회복에 중요할 수 있습니다. 우리는 장기 조혈모세포 역학에 영향을 미치는 다른 요소를 계속 탐구하여 기증자 선택과 수혜자 골수 환경을 모두 미세 조정하여 최적의 장기 줄기세포 기능을 제공하고자 합니다."라고 말했습니다.

웰컴 샌저 연구소의 연구 수석 저자인 피터 캠벨 박사는 "이식 과정은 혈액과 면역 세포를 일종의 유전적 '병목'으로 강제로 밀어넣습니다. 우리의 새로운 접근 방식은 이 병목 현상을 보다 자세히 조사할 수 있게 해줍니다. 우리는 병목 현상이 일부 줄기 세포가 수용자의 새로운 환경에서 다른 세포보다 더 잘 자랄 수 있는 여러 가지 기회를 제공한다는 것을 발견했습니다. 우리는 일부 줄기 세포가 다른 세포보다 더 잘 자랄 수 있도록 하는 유전자를 찾을 수 있을 것이라고 믿습니다. 그러면 이론적으로 이러한 유전자를 활용하여 이식 절차의 성공률을 높일 수 있습니다."라고 말했습니다.

1. https://www.worldwidecancerresearch.org/information-and-impact/cancer-myths-and-questions/what-is-blood-cancer-and-why-do-we-need-more-research/#:~: text=혈액%20암%20은%20%20다섯 번째,%20진단%20전세계%20%202020
2. https://www.blood.co.uk/news-and-campaigns/news-and-statements/nhsbt-celebrates-stem-cell-donors-and-transplants/
3. https://www.anthonynolan.org/blog/2018/02/23/research-shows-donor-age-most-important-in-stem-cell-transplant-survival
4. 이 연구에서 기증자는 '대조군'으로 간주됩니다. 연구팀은 전체 게놈 시퀀싱을 통해 기증자와 수혜자 혈액 샘플의 유전적 변화를 비교함으로써, 이식 이후 세포가 어떻게 적응하고 변화했는지 이해하기 위해 진화적 역사를 재구성했습니다. 이 샘플은 이식 후 9년에서 31년 사이에 채취되었습니다.
5. 일부 줄기 세포는 이식 전에 이점이 있어 수혜자의 신체에서 새로운 환경에 더 잘 적응할 수 있었습니다. 여기에는 수확 또는 준비 중에 더 나은 생존이 포함되었고, 다른 줄기 세포는 수혜자의 골수에서 번성할 수 있도록 해주는 유전적 돌연변이로 인해 이식 후에 우위를 얻었습니다. 이러한 패턴을 이해하면 의사가 이식 과정을 개선하고 기증자의 나이에 관계없이 어떤 줄기 세포가 성공할 가능성이 있는지 더 잘 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241030145819.htm