요약:
인간의 뇌 밑바닥에는 완두콩만한 크기의 분비샘이 있는데, 몸 전체에 걸쳐 각종 호르몬의 분비를 담당한다. 흔히 인체의 '내분비 총사령관'이라고 불리는 뇌하수체입니다. 뇌하수체 기능이 손상되면 환자는 부족한 호르몬을 보충하기 위해 매일 평생 약물을 복용해야 하는 경우가 많습니다. 이제 일본 나고야 대학교 연구팀이 중요한 조치를 취했습니다. 그들은 인간 줄기세포를 사용하여 뇌하수체 조직을 성장시키고 이를 영장류에 최초로 이식하여 호르몬 분비 능력을 회복시키는 데 성공했습니다.
이번 연구결과는 국제학술지 '줄기세포 연구 및 치료(Stem Cell Research and Treatment)'에 게재됐다. 논문의 제1저자는 나고야대학교 의학대학원 객원연구원 곤도 타츠마(Tatsuma Kondo)이다.
뇌하수체저하증은 흔한 질병은 아니지만 환자는 평생 관리가 필요하며 삶의 질에 심각한 영향을 미치는 경우가 많습니다.
1. 뇌하수체: 작은 샘, 큰 책임
뇌하수체는 작지만 중요한 역할을 합니다.
이 분비되는 부신피질 자극 호르몬은 부신을 자극하여 코티솔을 생성합니다. 코티솔은 신체가 스트레스에 대처하고 혈압과 혈당 안정성을 유지하는 데 중요한 호르몬입니다. 그렇지 않으면 사람들은 피로, 식욕 부진, 체중 감소를 겪게 되며, 심한 경우에는 생명을 위협할 수도 있습니다.
뇌하수체는 성장 호르몬, 갑상선 자극 호르몬 및 기타 호르몬도 분비합니다. 본 연구는 주로 코르티솔과 관련된 부신피질 자극 호르몬에 초점을 맞췄습니다.
종양, 수술, 외상 또는 선천적 요인으로 인해 뇌하수체 기능저하증 환자는 현재 주로 호르몬 보충을 위해 경구용 약물에 의존하고 있습니다.
그러나 이 치료법에는 분명한 한계가 있습니다. 인체에서 자연적으로 분비되는 호르몬은 생체리듬과 외부압력에 따라 실시간으로 조절됩니다. 그러나 매일 규칙적인 시간에 약을 복용함으로써 이러한 역동적인 변화를 정확하게 시뮬레이션하는 것은 어렵습니다.
특히 감염, 수술 또는 심한 기분 변화 중에는 신체의 코르티솔 필요량이 급격히 증가하므로 약물을 복용하는 환자가 제때에 복용량을 조절하기가 어렵습니다.
부족한 복용량은 위험한 부신 위기를 초래할 수 있으며, 과도한 복용량은 골다공증 및 대사 장애와 같은 부작용을 일으킬 수 있습니다.
환자가 스스로 조절할 수 있는 '살아있는 뇌하수체'를 회복할 수 있다면 의심할 여지 없이 더 이상적인 솔루션이 될 것입니다.
2. 쥐에서 원숭이로의 도약
연구팀의 아이디어는 오가노이드 기술을 사용하는 것입니다.
오가노이드는 실험실에서 배양된 줄기세포로 형성된 소형 조직으로, 실제 장기의 구조와 기능을 어느 정도 시뮬레이션할 수 있습니다. 나고야대학교는 인간 줄기세포를 이용하여 뇌하수체 조직을 배양하는 데 다년간의 경험을 갖고 있습니다.
2016년 초에 이 학교 팀은 인간 배아 줄기 세포를 사용하여 시험관 내에서 기능성 뇌하수체 전엽 조직을 성장시켰다고 Nature Communications에 보고했습니다.
연구원들은 먼저 배양된 인간 뇌하수체 오가노이드를 수술로 뇌하수체를 제거한 쥐의 피부 바로 아래에 이식했습니다.
결과는 고무적입니다. 이 오가노이드는 6개월 이상 계속해서 부신피질 자극 호르몬을 분비하여 쥐의 수명을 크게 연장시켰습니다.
수명이 2~3년밖에 되지 않는 쥐에게 6개월은 긴 시간입니다. 연구의 독창성은 뇌 깊은 곳이 아닌 피부 아래에 이식하는 것입니다. 피하수술은 덜 침습적이고 수술이 간단하며, 문제가 발생하면 쉽게 제거할 수 있습니다.
이를 바탕으로 연구팀은 뇌하수체가 제거된 원숭이를 대상으로 추가 실험을 진행했습니다. 거부반응을 예방하기 위해 연구자들은 면역억제제를 사용했습니다.
이식 후 원숭이의 인공 뇌하수체 조직은 6주 동안 정상적으로 작동하여 부신피질 자극 호르몬을 성공적으로 분비하고 코르티솔 수치를 증가시켰습니다. 수술 후 3개월이 지났지만 연구자들은 여전히 생존 가능한 이식 세포를 검출할 수 있었습니다.
게다가 이식을 통해 호르몬 결핍으로 인한 원숭이의 체중 감소도 느려졌습니다. 연구진은 또한 폐와 간 등의 장기를 검사한 결과 종양이나 비정상적인 세포 성장을 발견하지 못했습니다.
3. 보안이 가장 큰 관심사입니다
줄기세포 치료의 주요 관심사는 이식된 세포가 통제할 수 없을 정도로 증식하고 심지어 종양을 형성할 수도 있다는 것입니다.
이번에는 마우스나 원숭이에서 종양이나 비정상적인 성장이 관찰되지 않았으며 이는 이 기술의 안전성에 대한 예비 증거를 제공합니다.
영장류는 생리적 구조와 면역 반응 측면에서 인간과 더 가깝기 때문에 원숭이에서의 성공은 임상 적용을 위한 중요한 단계로 간주됩니다.
물론 이 연구는 아직 초기 단계입니다.
영장류 실험에는 원숭이 한 마리만 참여했고 표본 크기도 매우 제한되었습니다. 원숭이에게 이식된 조직의 효과적인 작업 시간은 6주로, 이는 마우스의 성능보다 훨씬 짧습니다. 장기적인 기능을 확장하는 방법은 추가 탐색이 필요합니다.
또한 면역억제제 자체에도 부작용이 있습니다. 앞으로 환자 자신의 세포에서 제조한 줄기세포를 이용해 뇌하수체 조직을 배양할 수 있다면 거부반응을 피하고 면역억제제에 대한 의존도를 줄일 수 있을 것이다.
4. 일본의 재생의학의 힘
이 연구는 줄기세포와 재생의학 분야에서 일본이 주도해 온 전통을 이어갑니다.
일본 과학자 야마나카 신야(Shinya Yamanaka)는 유도만능줄기세포 기술 발명으로 2012년 노벨 생리의학상을 수상했습니다. 이후 일본에서는 파킨슨병, 망막질환, 심장병 등을 치료하기 위해 줄기세포를 활용하는 방법에 대한 수많은 임상적 탐구가 진행됐다.
피부 아래 작은 조직 조각을 스스로 조절할 수 있는 '호르몬 공장'으로 만든다는 아이디어가 공상과학에서 현실로 옮겨가고 있다. 연구자들은 이 방법이 매일 약을 복용하는 것보다 자연적인 생리적 상태에 더 가까운 뇌하수체 기능저하증에 대한 호르몬 대체 솔루션을 제공할 수 있다고 믿습니다.
물론 동물 실험에서 인간 임상 실험으로 넘어가는 데는 보통 몇 년이 걸리고 엄격한 승인 과정을 거쳐야 합니다. 후속연구를 통해 장기생존, 면역거부반응, 대규모 생산 등의 문제를 해결할 수 있다면 향후 환자들은 단순 피하이식만으로도 평생 약물치료 부담에서 벗어날 수 있을 것이다.
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