과학자들이 줄기세포를 정자 전구세포로 재프로그래밍하는 데 성공했습니다.

과학자들은 오랫동안 실험실에서 정자와 난자를 생산하기 위해 노력해 왔습니다. 이를 통해 가장 기본적인 생물학적 과정 중 하나를 더 잘 이해할 수 있을 뿐만 아니라, 잠재적으로는 불임 부부를 돕는 새로운 방법을 개발할 수도 있습니다. 이론적으로 어떤 세포로도 분화할 수 있는 배아줄기세포를 이용하여 최근 몇 년 동안 여러 연구 그룹이 어느 정도 성과를 거두었지만, 생존 가능한 생식세포를 생산하는 데는 아무도 성공하지 못했습니다.

교토대학교 과학자들은 최근 생쥐 배아줄기세포를 정자 전구세포로 재프로그래밍하고, 그 정자를 이용하여 정상적인 생쥐를 생산하는 방법을 발견했습니다. 이 연구는 궁극적으로 남성 불임에 대한 새로운 치료법 개발로 이어질 수 있습니다. 그러나 연구팀의 리더인 생물학자 사이토 미티노리 박사는 이를 위해서는 몇 가지 "매우 어려운" 기술적, 윤리적 문제를 해결해야 한다고 밝혔습니다.

알려진 바와 같이 정자와 난자는 일차 생식 세포(PGC)에서 발달합니다. 원시 생식 세포는 배아 발생 초기 단계에서 배아포엽(epiblast)이라고 하는 세포 덩어리에서 형성됩니다. 몇 년 전, 과학자들은 생쥐 배아에서 배아포엽 세포를 채취하여 실험실에서 장기 재생이 가능한 배아포엽 줄기세포로 전환하는 방법을 개발했습니다. 연구진은 이러한 세포를 이용하여 원시 생식 세포, 그리고 궁극적으로 정자와 난자를 얻을 수 있기를 기대했습니다. 그러나 수년간의 실험에도 불구하고 아직 아무도 성공하지 못했습니다. 일본 과학자들은 실험실에서 얻은 배아포엽 줄기세포가 장기간 성장할 수 있는 능력을 갖추면 생식 세포 형성 능력을 상실한다는 결론을 내렸습니다.

그래서 그들은 접근 방식을 바꾸어, 며칠밖에 살지 못하는 상피세포와 유사한 세포를 얻기 위해 생쥐 배아줄기세포를 성장인자 칵테일로 배양하기로 결정했습니다. 연구진은 생후 2일 된 세포를 원시 생식세포와 유사한 세포로 만드는 데 사용할 수 있음을 발견했습니다. 스스로 정자를 생성할 수 없는 생쥐의 고환에 주입하자, 이 원시 줄기세포가 정자로 성숙하여 시험관 실험에서 난자와 수정에 성공했습니다. 연구진은 이렇게 생성된 배아를 대리모에게 이식했고, 대리모는 정상적인 자손을 낳았습니다. 이처럼 특이한 방식으로 태어난 생쥐는 생식 능력이 있는 암컷과 수컷으로 성장했으며, 나중에는 건강한 자손도 낳았습니다. 이와 유사한 방식으로, 성체 피부 세포에서 분화된 유도만능줄기세포(iPSC)에서도 생식 능력이 있는 자손을 얻을 수 있습니다.

"정말 놀랍습니다! 정말 획기적인 발견입니다!" 호주 모나쉬 대학교의 생식생물학자 올리 라캄-카플란의 말이다.

캘리포니아 대학 로스앤젤레스 캠퍼스의 생물학자인 아만더 클라크는 "이 연구는 배아줄기세포에서 유래한 원시 생식 세포가 기능적인 생식 세포로 발달할 수 있다는 증거를 제공한다"고 말하며, 일본 연구진의 연구를 "생식 세포가 어떻게 발달하는지에 대한 우리의 이해에 있어서 결정적인 돌파구"라고 불렀습니다.

사이토는 아직 극복해야 할 과제가 많다고 말합니다. 그들은 원시적인 성세포를 고환에 주입하여 성숙시키는 대신, 성숙한 정자를 생산하는 전체 과정을 실험실에서 직접 수행하는 방법을 배우고 싶어 합니다. 또 다른 목표는 시험관 내에서 난자를 생산하는 것입니다. 이는 과정 자체를 이해하는 것뿐만 아니라 궁극적으로 불임 여성을 돕기 위한 것입니다. 하지만 먼저, 연구 결과를 임상에 적용하기 위해, 쥐 줄기세포에서 매우 성공적인 것으로 입증된 "레시피"가 인간 세포에서도 효과가 있는지 확인해야 합니다.

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