한 방울의 피를 만능 세포로 만드는 방법: 줄기세포 혁명 화학 물질

최근까지 성체 세포를 만능 세포(모든 유형의 조직으로 분화 가능)로 만들려면 바이러스나 DNA 플라스미드를 이용하여 "야마나카 인자"를 도입해야 했습니다. 이제 펭펭 박사가 이끄는 미국, 일본, 프랑스 연구진은 작은 유기 분자 세트만으로도 인간 말초혈액 세포를 화학적 유도 만능 줄기세포(hCiPS)로 재프로그램할 수 있음을 입증했습니다. 이 연구는 Cell Stem Cell 저널에 게재되었습니다.

왜 이것이 중요한가요?

• 안전성. 바이러스 매개체와 외부 유전자가 없으므로 돌연변이 및 면역 거부 반응 위험이 줄어듭니다.
• 다용성: 혈액은 쉽게 구할 수 있는 혈액원이므로 피부나 다른 조직을 생검할 필요가 없습니다.
• 속도. 기존 방식처럼 몇 주 또는 몇 달이 걸리는 것과 달리, 단 12~14일이면 됩니다.
• 번역 가능성. 화학물질은 GMP 기준에 따라 표준화하고 생산하기 쉽습니다.

2단계 화학 해킹 프로토콜

1. 높은 가소성 단계(소성 상태).

   • 혈액 세포(단핵구)는 6개의 작은 분자(TNT 복합체라고 부르겠습니다)가 들어 있는 배지에서 배양됩니다. 그중에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

     • GSK3β 및 MEK 억제제,

     • Wnt 신호 전달 조절제,

     • HDAC 억제제,

     • 특정 SIRT1 작용제.

   • 6~8일 안에 세포는 '혈액' 표지자를 잃고, 다능성 유전자를 활성화할 준비가 된 높은 가소성 상피의 특성을 갖게 됩니다.

2. 다능성이 강화되는 단계.

   • 다능성의 핵심 "마스터 조절자"인 OCT4, SOX2 및 NANOG 유전자의 내인성 활성화를 자극하는 두 가지 추가 분자가 추가되었습니다.

   • 그 후 4~6일 동안 줄기 세포 형태와 TRA-1-60 및 SSEA-4 마커의 발현을 보이는 안정적인 hCiPS 세포 군집이 형성됩니다.

과학자들은 무엇을 얻었을까?

• 효율성: 원래 혈액 세포의 최대 0.1%가 완전한 hCiPS 콜로니를 형성합니다. 이는 기존 바이러스 방법과 비슷합니다.
• 기능: hCiPS 세포는 신경 세포, 심근 세포, 간 세포, 췌장 β 세포 등 세 가지 배아 세포층으로 전환될 수 있습니다.
• 잔여 '화학적 지문' 없음: 심층 시퀀싱을 통해 외인성 DNA 통합이 없고 배아줄기세포에 가까운 후성유전학적 상태가 확인되었습니다.

의학에 대한 전망

1. 조혈 재생. 자가 hCiPS 세포를 조혈 세포 계통으로 재이식하여 백혈병 및 면역결핍증 환자의 수십 가지 면역 및 혈액 세포 유형을 회복시킬 수 있습니다.
2. 오가노이드와 이식. 실험실에서 hCiPS 세포로부터 배양한 미니 심장, 간 또는 췌장은 질병 모델로 활용될 수 있으며, 거부 반응 위험 없이 이식할 수 있는 원천이 될 것입니다.
3. 약물 검사. hCiPS 기반 개인 맞춤형 질병 모델을 통해 도말표본 혈액에서 질병을 "복제"하고 최적의 치료법을 선택할 수 있습니다.
4. 미용 및 신경퇴행성 의학. hCiPS 세포를 진피줄기세포 및 신경계로 직접 분화시키는 기술은 건선, 알츠하이머병, 파킨슨병 치료에 새로운 접근법을 제시합니다.

다음은 무엇인가요?

• 효율성 향상. 소분자 구성 및 배양 조건 최적화를 통해 hCiPS 콜로니 수율 향상.
• 안전성 및 장기 추적 관찰. 생체 내 유전체 안정성 및 악성 형질 전환 부재 여부 검사.
• 임상 시험. 중증 혈액 질환 및 심근병증 치료에 있어 hCiPS 제품의 안전성 및 생체이용률을 평가하는 1/2상 임상시험.

"혈액 세포 줄기 세포의 코드를 완전히 화학적으로 재부팅하는 것은 바이러스 개입 없이 접근 가능하고 안전한 세포 의학의 문을 여는 진정한 혁신입니다."라고 Feng Peng 박사는 결론지었습니다.

저자는 몇 가지 핵심 사항을 언급했습니다.

• 게놈 없는 안전성
  "외인성 유전자가 hCiPS 세포 게놈에 통합되지 않기 때문에 바이러스 방법에 비해 종양 형질 전환 및 면역 거부 반응이 발생할 위험이 줄어듭니다."라고 연구의 수석 저자인 펭펭 박사는 강조했습니다.

• 프로토콜의 표준화
  "화학적 접근 방식은 GMP 조건에서 줄기세포 생산의 규모 확장 및 표준화를 용이하게 합니다. 6개의 소분자로 구성된 용액을 준비하고 엄격한 타이밍을 따르는 것으로 충분합니다."라고 공동 저자인 마리아 레베데바 교수가 덧붙였습니다.

• 임상 전망
  "우리는 백혈병과 당뇨병 모델에서 hCiPS 세포를 평가하여 바이러스 벡터와 관련된 위험 없이 조혈과 β 세포를 얼마나 빨리 재구성하는지 확인할 계획입니다."라고 조나단 스미스 박사는 말합니다.

• 장기 안정성
  "예비 데이터에 따르면 hCiPS는 20~30회 통과 후에도 유전체적 및 후성유전학적 안정성을 유지하는데, 이는 후속 치료 적용에 중요합니다."라고 Aiko Yamamoto 박사는 말했습니다.

이러한 논평은 혈액 세포를 다능성 줄기 세포로 화학적으로 재활용하는 것이 안전성, 표준화 가능성, 개인화된 재생 의학에 대한 임상적 잠재력을 결합한다는 점을 강조합니다.