과학자들이 인공 혈액 생산을 위한 핵심 신호를 발견했습니다.

과학자들은 인공 혈액을 만드는 데 한 걸음 더 다가갔습니다. 핵심 신호인 CXCL12를 발견하면 적혈구 생산을 더 효율적으로 만들 수 있을 것입니다.

과학자들은 수십 년 동안 인공 혈액 생산을 연구해 왔습니다. 이제 콘스탄츠 대학교와 런던 퀸 메리 대학교의 연구진이 새로운 발견으로 큰 진전을 이루었습니다.

독일에서는 매일 약 15,000단위의 혈액이 필요하며, 이 중 대부분은 기증자를 통해 공급됩니다. 인공 대량 생산을 포함한 대체 혈액 채취 방법에 대한 연구가 수년간 진행되어 왔지만, 아직 널리 보급되기에는 거리가 멉니다. 가장 큰 문제는 신체가 이 필수 혈액을 자연적으로 생성하는 매우 복잡하고 잘 이해되지 않은 메커니즘에 있습니다.

적혈구 형성을 위한 핵심 신호 식별

콘스탄츠 대학교 투르가우 세포생물학 및 면역학 연구소의 생물학자인 줄리아 구트야르 박사는 조혈 기전을 연구하고 있습니다. 런던 퀸 메리 대학교의 동료들과 함께, 그녀는 적혈구 전구체에서 핵을 방출하는 과정을 촉발하는 분자 신호인 케모카인 CXCL12를 발견했습니다. 이는 적혈구 발달의 핵심 단계입니다.

"적혈구모세포가 적혈구로 변형되는 마지막 단계는 핵의 방출입니다. 이 과정은 포유류에서만 나타나는 독특한 과정으로, 산소 운반에 관여하는 헤모글로빈이 들어갈 공간을 마련해 줍니다."라고 구트야르는 설명합니다.

줄기세포가 적혈구로 성숙되는 과정은 거의 최적화되었지만, 지금까지 어떤 요인이 핵의 방출을 유발하는지는 불분명했습니다.

"우리는 골수에 주로 존재하는 케모카인 CXCL12가 여러 다른 요인들과 결합하여 이 과정을 시작할 수 있다는 것을 발견했습니다. CXCL12를 적혈구모세포에 적절한 시기에 투여함으로써 인위적으로 핵 방출을 유도할 수 있었습니다."라고 Gutjahr는 말합니다.

이는 인공혈액 생산에 어떤 의미를 갖나요?

이 발견은 향후 인공 혈액 생산의 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 과학적 돌파구였습니다. 하지만 아직 더 많은 연구가 필요합니다.

2023년부터 구트야르는 투르가우 세포생물학 및 면역학 연구소에서 자신의 연구 그룹을 이끌고 CXCL12의 역할에 대한 연구를 계속하고 있습니다.

Gutjahr는 "우리는 현재 CXCL12를 사용하여 인간 적혈구의 인공적 생산을 최적화하는 방법을 연구하고 있습니다."라고 설명합니다.

이 연구 결과는 산업용 적혈구 생산에 대한 실질적인 응용 외에도 세포 기전에 대한 새로운 통찰을 제공합니다. CXCL12에 의해 자극될 때 이동하는 다른 세포들과 달리, 적혈구모세포에서는 이 신호가 세포 내부, 심지어 핵까지 전달됩니다. CXCL12는 세포 성숙을 촉진하고 핵의 배출을 촉진합니다.

퀸 메리 대학의 안탈 로스 교수는 "우리의 연구는 케모카인 수용체가 세포 표면뿐만 아니라 세포 내부에서도 작용한다는 것을 처음으로 보여주며, 세포 생물학에 완전히 새로운 관점을 열어주었습니다."라고 말했습니다.

광범위한 적용을 위한 생산 최적화

오늘날 줄기세포는 인공 혈액을 생산하는 가장 효율적인 방법으로 남아 있습니다. 세포의 약 80%에서 핵이 방출되기 때문입니다. 하지만 줄기세포의 공급원은 제한적(제대혈, 기증자 골수)이기 때문에 대량 생산은 불가능합니다.

과학자들은 최근 다양한 유형의 세포를 줄기세포로 재프로그래밍하여 적혈구를 생성하는 데 성공했습니다. 이 방법은 거의 무한한 양의 세포를 제공하지만, 시간이 더 오래 걸리고 효과도 떨어집니다. 세포의 40%만이 핵을 방출하기 때문입니다.

"CXCL12의 핵심 역할에 대한 우리의 새로운 발견은 이를 사용하면 재프로그래밍된 세포에서 적혈구를 생산하는 효율을 크게 향상시킬 수 있을 것이라는 희망을 줍니다."라고 Gutjahr는 말했습니다.

대량 생산이 가능해지면 희귀 혈액형의 표적 생산, 헌혈 혈액 부족 해소, 다양한 질병에 대한 특수 치료를 위해 환자 자신의 혈액을 재생성하는 가능성 등 광범위한 응용 분야가 등장할 것입니다.

해당 연구는 Science Signaling 저널에 게재되었습니다.