합성배아가 인공장기 시대를 열까?   

과학자들은 뇌와 심장의 발달 지점까지 실험실에서 포유류 배아 발달의 자연적 과정을 복제했습니다. 연구자들은 줄기 세포를 사용하여 자궁 밖에서 합성 마우스 배아를 만들어 8.5일까지 자궁에서 자연적인 발달 과정을 요약했습니다. 이것은 합성 생물학의 이정표입니다. 이것은 미래에 인간 합성 배아에 대한 연구를 안내할 것이며, 이는 차례로 수 합성물질의 개발과 생산을 선도하다 장기 이식을 기다리는 환자들을 위한 

배아는 일반적으로 정자가 난자와 만나 접합체를 형성함으로써 시작되는 연속적인 자연 생식 현상의 중간 발달 단계로 이해됩니다. 태아, 이후 임신이 완료되면 태아와 신생아로 발달합니다.  

배아 세포의 발전 핵 이식 정자가 난자를 수정시키는 단계를 건너뛰는 사례를 보았습니다. 1984년, 원래의 반수체 핵이 제거되고 기증자 배아 세포의 핵으로 대체된 난에서 배아가 생성되었으며, 대리모에서 발달에 성공하여 최초로 복제된 새끼 양을 낳았습니다. 체세포 핵 이식(SCNT)의 완성으로 1996년 성숙한 성체 세포에서 양 돌리가 탄생했습니다. 이는 성체 세포에서 포유동물을 복제한 최초의 사례였습니다. 돌리의 사례는 맞춤형 줄기세포 개발의 가능성도 열었다. 두 경우 모두 정자를 사용하지 않았지만 성장하여 배아가 된 것은 (핵이 교체된) 난자였습니다. 따라서 이러한 배아는 여전히 자연적이었습니다.  

난자 없이도 배아를 만들 수 있을까? 만약 그렇다면, 그러한 배아는 배우자(성 세포)가 사용되지 않을 정도로 합성될 것입니다. 오늘날 이러한 배아(또는 '배아 유사' 또는 배아)는 배아줄기세포(ESC)를 사용하여 일상적으로 생성되고 배양됩니다. 체외에서 실험실에서.  

포유류 중에서 마우스는 번식하는 데 비교적 짧은 기간(19-21일)이 걸리므로 마우스 배아를 편리한 연구 모델로 만듭니다. 전체 기간 중 착상 전 기간은 약 4~5일이고 나머지 15일(전체의 약 75%)은 착상 후입니다. 착상 후 발달을 위해서는 배아가 자궁 내에 착상되어야 하므로 외부 관찰이 불가능합니다. 모성 자궁에 대한 이러한 의존성은 조사에 장벽을 부과합니다.    

2017년은 포유류 배아 배양의 역사에서 중요한 해였습니다. 합성 마우스 배아를 만들려는 노력은 연구자들이 배아 줄기 세포가 자가 조립 및 자가 조직 능력을 가지고 있음을 분명히 보여주었을 때 성공을 거두었습니다. 체외에서 중요한 면에서 자연 배아와 유사한 배아 같은 구조를 일으키기 위해^1,2. 그러나 이로 인한 한계가 있었다. 자궁 장벽. 착상 전 배아를 배양하는 것은 일상적인 일입니다. 체외에서 그러나 이식 후 마우스 배아의 자궁 외 배양을 위한 강력한 플랫폼(계란 실린더 단계에서 고급 기관 형성까지)을 사용할 수 없었습니다. 이 문제를 해결하기 위한 돌파구는 작년 2021년에 한 연구팀이 산모 자궁 외부에 있는 마우스 배아의 착상 후 발달에 효과적인 배양 플랫폼을 발표하면서 이루어졌습니다. 자궁 외 이 플랫폼에서 성장한 배아는 i를 정확하게 요약하는 것으로 밝혀졌습니다.n 자궁 개발³. 이 개발은 자궁 장벽을 극복하고 연구자들이 착상 후 형태 형성을 더 잘 이해할 수 있도록 하여 합성 배아 프로젝트가 고급 단계에 도달하는 데 도움이 되었습니다. 

이제 두 연구 그룹은 합성 쥐 배아를 지금까지 가장 긴 8.5일 동안 배양했다고 보고했습니다. 이것은 구별하기에 충분할 정도로 길었습니다. 장기 (예: 심장박동, 장관, 신경주름 등)이 발달했습니다. 이 최신 진전은 정말 놀랍습니다.  

1년 2022월 XNUMX일 Cell에 보고된 바와 같이, 연구팀은 모성 자궁 외부에서 순수한 배아줄기세포(ESC)만을 사용하여 마우스 합성 배아를 생성했습니다. 최근 개발된 배양플랫폼을 이용하여 줄기세포를 공동응집하여 처리하였다. 자궁 외 배아 구획과 배아외 구획 모두를 포함하는 위장 형성 후 합성 전체 배아를 얻기 위한 성장. 합성 배아는 마우스 배아의 8.5일 단계에 대한 이정표를 만족스럽게 달성했습니다. 이 연구는 순진한 만능 세포가 자가 조립 및 자가 조직화하고 위장 형성을 넘어 전체 포유동물 배아를 모델링하는 능력을 강조합니다⁴. 

25년 2022월 8.5일 Nature에 발표된 가장 최근의 연구에서 연구자들은 배아줄기세포(ESC)의 발달 잠재력을 확장하기 위해 배아외 줄기세포도 사용했습니다. 그들은 생쥐 ESC, TSC 및 iXEN 세포를 사용하여 시험관 내에서 합성 배아를 조립했는데, 이는 XNUMX일째까지 자궁에서 생쥐의 자연적인 전체 배아 발달을 요약한 것입니다. 이 합성 배아는 전뇌와 중뇌 영역, 박동하는 심장과 같은 구조, 신경관으로 구성된 몸통, 신경중배엽 전구세포를 포함하는 꼬리 싹, 소화관 및 원시 생식 세포를 정의했습니다. 모든 것은 여분의 배아 주머니 안에 있었다⁵. 따라서 이 연구에서는 1년 2022월 XNUMX일자 Cell에 보고된 연구에 비해 기관 형성이 더욱 발전되고 눈에 띄게 나타났습니다. 아마도 이 연구에서 두 가지 유형의 배아 외 줄기 세포를 사용하면 배아 줄기 세포의 발달 잠재력이 향상되었을 것입니다. 흥미롭게도 초기 연구에서는 순진한 배아줄기세포(ESC)만 사용되었습니다.  

이러한 성과는 지금까지 합성 포유류 배아에 대한 연구에서 가장 멀리 떨어진 지점이라는 점에서 실로 괄목할 만하다. 포유류의 뇌를 만드는 능력은 합성 생물학의 주요 목표였습니다. 실험실에서 착상 후 배아 발달의 자연적 과정을 재현함으로써 자궁 장벽을 극복하고 연구자들이 일반적으로 자궁에 숨겨져 있는 생애의 초기 단계를 연구할 수 있게 되었습니다.  

윤리적인 문제에도 불구하고, 마우스 합성배아에 대한 연구의 성과는 가까운 장래에 인간 합성배아에 대한 연구를 안내하여 이식을 기다리는 환자를 위한 합성 장기의 개발 및 생산을 안내할 수 있습니다.  

*** 

참조 :  

1. 해리슨 SE 외 2017. 시험관 내 배아 발생을 모방하기 위한 배아 및 배아외 줄기 세포의 조립. 과학. 2년 2017월 356일. Vol 6334, Issue XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. 합성 배아: 포유류 발달로의 Windows. 세포 줄기 세포. 20년 5월 4일 2017권 581호, 페이지 582-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. 아길레라-카스트레혼, A., et al. 2021. 위장 형성 전에서 후기 기관 형성까지의 자궁 외 마우스 배아 발생. 자연 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. 타라지 에스., 등 2022. 마우스 순진한 배아줄기세포에서 자궁외에서 생성된 위장형성 후 합성 배아. 셀. 게시: 01년 2022월 XNUMX일. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. 아마데이, G., 외 2022. 합성 배아는 신경 형성 및 기관 형성에 대한 위장 형성을 완료합니다. 게시: 25년 2022월 XNUMX일. 네이처. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***