알츠하이머 치료를 위한 줄기세포 생성을 개선하는 새로운 장치

스웨덴의 연구자들은 일반 피부 세포를 신경줄기세포로 전환하는 기술을 완성했다고 밝혔습니다. 이를 통해 알츠하이머병과 파킨슨병 에 대한 저렴한 개인 맞춤형 세포 치료에 한 걸음 더 다가갔다고 합니다.

연구팀은 맞춤형으로 설계된 미세유체 장치를 사용해 인간 피부 세포를 유도만능줄기세포(iPSC)로 재프로그래밍한 다음 이를 신경줄기세포로 전환하는 전례 없는 가속화된 접근법을 개발했습니다.

이 연구의 제1저자인 사우미야 자인(Saumya Jain)은 이 플랫폼이 세포 간 호환성을 높이고 환자 신체에 더 잘 적응하도록 만들어 세포 치료의 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있다고 밝혔습니다. 이 연구는 KTH 왕립 공과대학(KTH Royal Institute of Technology) 과학자들이 진행했으며 , 학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science) 에 게재되었습니다.

이 연구의 수석 저자인 안나 헐랜드는 이 연구가 미세유체학을 이용해 iPSC를 신경줄기세포로 만드는 최초의 사례를 보여주었다고 말했습니다.

미세유체 플랫폼을 이용해 분화된 신경줄기세포. 사진: KTH 왕립공과대학

정상 세포를 신경줄기세포로 전환하는 과정은 실제로 두 단계로 진행됩니다. 첫째, 세포는 생화학적 신호에 노출되어 만능줄기세포(iPSC)가 되는데, 이 세포는 다양한 유형의 세포를 생성할 수 있습니다.

그런 다음 신경계 형성에 관여하는 신호와 발달 과정을 모방하는 배양액으로 옮겨집니다. 신경 분화라고 불리는 이 단계는 세포가 신경줄기세포로 발달하도록 유도합니다.

지난 10년 동안 이러한 유형의 연구를 위한 실험실 환경은 기존 태블릿에서 미세유체 장치로 점차 전환되었습니다. Herland는 새로운 플랫폼이 iPSC 생성과 신경줄기세포 분화라는 두 단계 모두에서 미세유체 기술의 발전을 보여준다고 말합니다.

연구진은 인체 피부 생검에서 채취한 세포를 사용하여 미세유체 플랫폼을 통해 분화된 세포와 기존 플레이트에서 분화된 세포에 비해 더 빠른 단계에서 신경 운명에 대한 세포의 결정을 촉진한다는 것을 발견했습니다.

"우리는 미세유체 플랫폼의 한정된 환경이 신경줄기세포 생성에 대한 의지를 강화한다는 것을 입증했습니다."라고 Herland는 말합니다.

줄기세포 유도에 사용되는 미세유체 칩의 확대 사진. 사진: KTH 왕립공과대학

Jain은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 사용하면 미세유체 칩을 쉽게 제작할 수 있으며, 미세한 크기 덕분에 시약과 세포 재료를 크게 절약할 수 있다고 말합니다.

이 플랫폼은 다른 세포 유형으로의 분화를 수용하도록 쉽게 수정할 수 있다고 그는 덧붙였습니다. 자동화가 가능하여 매우 동질적인 세포 집단을 생산하는 데 있어 일관성과 신뢰성을 보장하는 폐쇄형 시스템을 제공합니다.

연구 개요: 소자 제작, 체세포를 유도만능줄기세포(iPSC)로 재프로그래밍, 그리고 SMAD 이중 억제 프로토콜을 이용한 iPSC의 신경 유도를 통한 신경줄기세포 생성.
A) 체세포 재프로그래밍(R)과 신경 유도(N)를 위해 각각 0.4mm와 0.6mm 높이의 채널을 가진 미세유체 소자 제작 공정. 채널 부피와 총 부피는 표에 제시되어 있습니다.
B) 미세유체 소자 및 플레이트에서 mRNA 형질감염을 이용하여 체세포를 iPSC로 재프로그래밍하는 과정 개요.
C) 미세유체 소자 및 플레이트에서 SMAD 이중 억제 프로토콜을 이용하여 iPSC를 신경줄기세포로 유도하는 과정 개요.
출처: Advanced Science (2024). DOI: 10.1002/advs.202401859

Jain은 "이것은 알츠하이머병과 파킨슨병에 대한 개인화된 세포 치료를 가능하게 하는 데 한 걸음 더 다가간 것입니다."라고 덧붙였습니다.

이 연구에는 카롤린스카 연구소와 룬드 대학의 과학자들이 참여했으며, IndiCell 컨소시엄에서 협업했습니다.