연구원들은 실제 고환과 매우 유사한 고환 기관 조직을 실험실에서 성장시켰습니다. 이 획기적인 연구는 장기 발달에 대한 이해를 향상시키고 남성 불임 치료에 적용할 수 있는 유망한 연구 모델을 제공합니다.
오가노이드는 주로 줄기 세포에서 파생된 실험실에서 성장한 3차원 소형 장기로, 질병 상태 연구 및 치료 약물 테스트를 포함하여 장기 모델을 시뮬레이션하는 새로운 방법을 제시합니다. 지난 10년 동안 우리는 뇌, 심장, 폐, 위, 결장이 소형화되고 복잡성과 기능이 계속해서 증가하는 것을 보았습니다. 그러나 현재 고환을 모방하는 유기체는 없습니다.
이스라엘 바르일란 대학(Bar-Ilan University)의 연구원들은 갓 태어난 쥐 세포에서 고환(단일 고환이 의미하는 것) 기관 조직을 성장시키고 실제 고환과 유사한 구조를 생성함으로써 이를 바꾸었습니다.
이번 연구의 교신 저자인 Nitzan Gonen은 "인공 고환은 고환 발달 및 기능에 대한 기초 연구를 위한 유망한 모델이며, 이는 성 발달 장애 및 불임 치료에 적용할 수 있습니다."라고 말했습니다.
고환 발달 장애는 오늘날 일반적으로 간성(간성)으로 알려진 성 발달 장애(DSD)로 이어질 수 있습니다. 이는 유전자, 호르몬 및 생식기를 포함한 생식 기관과 관련된 희귀 장애 그룹입니다. 발달 장애는 또한 남성 불임으로 이어질 수 있으며, 이를 뒷받침하는 유전적 및 환경적 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다.
연구진은 배아 고환이 아닌 갓 태어난 쥐의 고환으로 시작했습니다. 배아 고환은 신생아 고환보다 이용 가능한 고환 세포가 적습니다. 연구에 사용된 쥐는 연구자들이 고환 형성과 정자 생산 및 발달(정자 형성)에 중요한 세르톨리 세포의 존재와 상태를 추적할 수 있도록 유전자 조작되었습니다.
연구진은 생후 4~7일 된 생쥐의 고환 전체를 채취했습니다. 미성숙 고환 세포는 단일 세포로 분리되었고 고환에서 일반적으로 발견되는 인자를 함유하는 배양 배지에서 재구성되었습니다. 연구원들은 더 나은 고환 유기체 형성 및 유지 관리를 지원하기 위해 3D 배양 시스템을 사용합니다. 다음날 세포는 투명한 장기와 같은 조직을 형성했고 붕괴될 때까지 9주에 걸쳐 계속 성장했습니다.
고환은 고환삭(나중에 정자를 생성하는 정세관이 됨)과 간질 영역(정세관을 기계적으로 지지하는 영역과 테스토스테론 생산 영역)의 두 부분으로 구성됩니다. 둘 다 특정 유형의 셀을 포함합니다. 21일 후, 장기 조직에는 세르톨리 세포를 포함한 모든 주요 고환 세포 유형이 포함되었으며 실제 고환과 매우 유사한 방식으로 구성되었습니다. 세르톨리 세포는 정세관과 유사한 많은 관형 구조를 형성합니다.
고환 기관 조직을 만들기 위해 갓 태어난 생쥐에서 채취한 신생 세포를 사용하는 것이 상대적으로 편리하지만, 연구진은 임신한 암컷 생쥐에서 채취해야 하는 배아 세포를 사용해 보았습니다. 그들의 생각은 다음과 같습니다. 신생아 세포는 고환 발달 및 기능 장애와 관련된 많은 질병이 배아 단계에서 발생하기 때문에 제한적으로 사용됩니다. 동일한 기술을 사용하여 그들은 신생아 세포에서 자란 기관 조직보다 더 명확한 관형 구조를 가진 배아 마우스 세포에서 고환 기관 조직을 성공적으로 성장시켰습니다. 연구자들이 성체 고환 세포를 사용해 보았지만 오가노이드를 형성할 수 없었습니다.
고환 기관 조직이 정자를 생산하지 못하더라도 그것이 가능하다는 징후가 있습니다. 정자 생성은 긴 과정입니다. 정자 줄기 세포는 감수 분열(세포 분열)을 거쳐 정자 세포를 형성한 후 성숙한 정자로 발전합니다. 연구자들은 장기 조직에서 감수분열 표지의 낮은 수준의 발현이 주로 21일에서 42일 사이에 시간 의존적으로 나타나는 것을 발견했는데, 이는 장기 조직 배양의 후기 단계에서 소수의 완전히 성숙한 정자가 존재함을 나타낼 수 있습니다.
장기 조직은 실제 고환과 매우 유사하므로 성 결정 메커니즘에 대한 이해를 높이고 남성 불임에 대한 해결책을 제공하는 데 사용될 수 있습니다.
앞으로 연구원들은 인간 샘플을 사용하여 오가노이드를 생산할 계획입니다. 예를 들어, 인간 세포로 만든 고환 오가노이드는 기능성 정자를 생산하는 능력을 손상시키는 암 치료를 받고 있는 어린이에게 도움이 될 수 있습니다. 그들은 미성숙 정자 세포를 수확하고 이를 냉동시켜 정자 수정 능력이 있는 오가노이드를 만드는 데 사용하는 것을 구상하고 있습니다.
이번 연구는 국제생물과학저널(International Journal of Biological Sciences)에 게재됐다.