세포로 배반포 만들었다… 난치병 치료 새 길

조승한 동아사이언스 기자 입력 2021-03-18 03:00수정 2021-03-18 03:04
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네이처, 美·호주 연구팀 논문 게재 미국과 호주 과학자들이 정자와 난자 없이 인간의 세포를 이용해 배반포(胚盤胞·수정란이 자궁에 착상하기 전 단계)를 만드는 데 성공했다. 인공적으로 배반포를 만들어 사용할 수 있게 되면 난치병 및 불임 연구와 치료에 획기적 전기가 될 것으로 기대된다.

17일(현지 시간) 국제학술지 ‘네이처’는 서로 다른 두 종류의 인간 세포를 이용해 배반포 조직을 만든 미국과 호주 연구팀의 논문을 동시에 공개했다. 난자와 정자가 만나 수정란이 되면 세포 분열을 일으켜 4, 5일 뒤 100여 개의 세포로 구성된 배반포가 된다. 이는 나중에 혈액, 신경, 뼈 등 몸을 구성하는 220가지 이상의 서로 다른 세포로 발달한다.

우쥔 미국 텍사스대 분자생물학부 교수 팀은 신체의 다양한 조직 세포로 분화할 수 있는 ‘인간다능성줄기세포(hPSC)’를 덩어리로 만든 뒤 배반포로 키웠다. 호세 폴로 호주 모내시대 발달생물학 및 해부학부 교수 팀은 유전자를 조절하는 방식으로 세포 기능을 다시 부여하는 ‘재프로그래밍’ 기술을 이용해 피부세포인 섬유아세포를 배반포로 바꿨다. 두 연구팀이 만든 배반포는 모두 6∼8일 후 인간 배반포와 비슷한 형태와 구성을 갖춘 조직으로 자랐다. 인간 배반포가 자라는 과정에서 보이는 현상도 확인됐다. 우 교수팀의 배반포는 속에 담긴 줄기세포가 착상 전 단계로 분화하는 모습도 관찰됐다. 폴로 교수팀의 배반포도 인간 배반포처럼 속은 줄기세포로 들어차고 바깥에서 이를 감싸는 영양막세포를 만드는 모습이 관찰됐다.

배반포는 수정란에서 배아를 거쳐 인간으로 발달하는 초기 과정에서 중요한 역할을 한다. 배반포에 문제가 생기면 태아에게 장애가 남거나 배아가 자궁에 착상하지 못하는 유산의 원인이 되기도 한다. 과거에는 인간 난자에 체세포핵을 넣어 복제하는 식으로 배반포를 확보했으나 지금은 연구윤리 문제로 금지됐다. 현재 한국을 비롯한 대부분 국가에서는 시험관 아기를 착상하는 과정에서 실패하고 남은 배반포만 연구에 쓸 수 있도록 제한하고 있다. 영국과 네덜란드 연구팀이 2017년 실험실에서 쥐의 줄기세포로 배반포를 만든 적은 있지만, 인간의 세포를 이용해 배반포를 만들어낸 건 이번이 처음이다.

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인공 배반포를 이용하면 배반포를 다량으로 확보할 수 있어 선천성 질환의 원인을 연구하는 데 큰 도움이 될 것으로 보인다. 초기 유산을 막고 인공수정의 확률을 높이는 것도 가능하다. 손미영 한국생명공학연구원 줄기세포융합연구센터 책임연구원은 “기존에는 인간의 발달 초기 단계를 연구하는 데 한계가 있었지만 인공 배반포를 활용하면 수정이나 착상, 발달 단계 질환을 고치는 연구에 도움이 될 수 있다”고 말했다.

다만 아직 넘어야 할 산이 많다. 연구팀이 세포를 이용해 배반포를 만드는 데 성공한 비율은 18% 정도로, 아직은 기술이 불완전하다. 이론적으로만 보면 배반포를 자궁에 착상시키면 태아로 발달할 수도 있기 때문에 생명윤리 문제를 풀어야 하는 것도 과제다. 저자들도 아직 다음 단계로 갈 수 없다는 점을 강조했다. 우 교수는 “실제 인간 배반포와 완전히 같지는 않다”며 “아직 다음 단계를 논할 수 있는 수준은 아니다”라고 말했다.

조승한 동아사이언스 기자 shinjsh@donga.com
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