﻿하이드로겔 물질을 사용하여 줄기 세포가 인간 배아처럼 발달하도록 유도

하이드로겔 물질을 사용하여 줄기 세포가 인간 배아처럼 발달하도록 유도 날짜: 2022년 12월 15일 원천: 뉴사우스웨일스 대학교 요약: 실험실에서의 우연한 발견은 배아 모델과 표적 약물 치료에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있습니다. UNSW Sydney의 재료 과학자들은 실험실의 인간 다능성 줄기 세포가 대자연에서 발생하는 것보다 훨씬 더 일찍 세포가 새로운 세포 유형으로 분화하기 시작하는 위배 형성 단계와 유사한 과정을 시작할 수 있음을 보여주었습니다. 자궁에서 발생하는 배아의 경우 14일째에 낭배 형성이 발생합니다. 그러나 UNSW의 켄싱턴 캠퍼스에 있는 실험실의 접시에서 크리스 킬리안(Kris Kilian) 부교수는 인간 줄기 세포를 배양한 후 2일 이내에 낭배 형성과 같은 사건이 유발되는 실험을 감독했습니다. 밝혀진 바에 따르면 이 배아 발달 단계를 모방할 수 있는 조건을 설정하는 독특한 생체 재료입니다. A/Prof는 "배설은 인체 계획으로 이어지는 핵심 단계"라고 말합니다. 킬리안. "단순한 세포 시트가 변형되어 신경, 심혈관 및 혈액 조직과 근육 및 뼈와 같은 구조 조직과 같은 신체의 모든 조직을 구성하는 과정의 시작입니다. 그러나 우리는 실제로 연구할 수 없었습니다. 발달 중인 배아 조직을 취하지 않고는 실험실에서 이것을 연구할 수 없기 때문입니다." "그래서 우리가 시험관 내에서 이런 일이 일어나는 것을 볼 수 있다는 것은 정말 흥분되는 일 입니다 ." Advanced Science 저널에 오늘 보고된 이 성과 는 인간 배아 발달에 대한 이해뿐만 아니라 세포 치료, 표적 약물 개발 및 CRISPR 유전자 편집 기술을 포함한 의학의 새로운 치료법에도 영향을 미칩니다. 인생에서 가장 중요한 시간 발달생물학자인 Lewis Wolpert는 이렇게 말했습니다. 낭배 형성은 미분화 세포 덩어리가 자궁에서 인간 형성을 향한 긴 여정의 첫 단계를 시작할 때 배아 발달의 핵심 사건입니다. 이것은 IVF에서 남은 배아에 대한 작업이 낭배 형성이 발생하는 14일 이후에 금지되는 이유 중 하나입니다. A/Prof Kilian은 지금까지 명백한 윤리적 제약 때문에 인간에서 이 과정을 연구하는 것이 어려웠다고 말합니다. "재료만을 사용하여 낭배 형성을 제어하는 것은 인간 발달을 연구하는 완전히 새로운 방법을 제공할 것입니다."라고 그는 말합니다. "14일 이상의 배아 연구는 종종 비윤리적인 것으로 간주되기 때문에 현재 우리는 이것을 할 수 없으며 , 임신한 인간 어머니의 배아를 관찰해야 하기 때문에 현재 생체 내 에서는 불가능합니다." 그러나 마우스와 제브라피쉬와 같은 연구할 동물 모델이 있고 다른 연구자들이 성장 인자를 포함한 화학 물질을 사용하여 연구실에서 낭배 형성과 같은 현상을 유도했지만 배양 조건만으로 인간 외부에서 낭배 형성을 시작한 것은 이번이 처음입니다. 몸. A/Prof Kilian은 "우리의 방법은 사람 외부에서 인간 배아 발생을 모방하는 새로운 접근 방식으로 이어질 수 있습니다."라고 말했습니다. 미니어처 장기 및 CRISPR 유전자 스플라이싱 의학에서 UNSW 팀이 만든 것과 같은 '합성' 배아에서 낭배 형성을 유도하는 능력은 환자 자신의 유전 코드를 기반으로 신체 조직이나 심지어 소형 기관을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 육안으로는 거의 보이지 않는 이러한 소위 '오가노이드'는 특정 약물의 효과를 테스트하는 것과 같은 의학 연구를 위해 이미 줄기세포를 사용하여 개발되고 있습니다. 그러나 이 과정은 시간과 비용이 많이 드는 차별화된 기관 조직을 형성하도록 세포를 자극하는 화학 물질이 필요합니다. A/교수 Kilian은 자연적으로 발생하는 것을 자극하기 위해 하이드로겔 재료만을 사용하여 낭배 형성을 제어하는 것이 더 빠르고 비용 효율적인 솔루션이 될 수 있다고 말합니다. "이것에 대해 우리를 정말로 흥분시키는 것은 치료적으로 유용한 세포를 훨씬 더 빠르고 더 재현 가능하게 만들 수 있는 잠재력입니다."라고 A/Prof는 말합니다. 킬리안. "우리의 방법은 하나의 웰에 잘 정의된 수백 개의 세포 집합체 배열을 통해 '조직 형성'을 시작하는 방법을 제공할 수 있습니다. 그러면 뇌, 간, 내장, 잠재적으로 모든 단단한 장기 조직. "이 접근법은 또한 실험실에서 인간 조직을 모방하는 보다 재현 가능한 방법을 제공함으로써 RNA 및 CRISPR/Cas9 접근법을 포함한 약물 개발에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 환자의 세포에서 오가노이드를 만든 다음 돌연변이 교정을 목표로 하는 치료법을 테스트하거나 복원 기능." 하이드로겔 홈이 딱 UNSW 팀의 연구실에서의 성공 비결은 줄기 세포가 주입된 배양 구조에 있습니다. 반도체 산업에서 채택된 기술을 사용하여 정의된 영역이 세포가 붙을 수 있도록 하이드로겔 전체에 걸쳐 제조됩니다. 기하학적 구속과 인간 자궁의 표면을 모방한 부드러운 젤의 조합은 세포를 동축시켜 위배 형성과 같은 과정을 시작합니다. A/Prof는 "우리는 만능 줄기 세포를 가져와 매우 제한적이고 부드러운 환경에 두면 세포가 어머니의 자궁에서 경험할 수 있는 것과 유사하다는 것을 발견했습니다."라고 말했습니다. 킬리안. "그 점탄성, 부드럽고 물렁물렁한 물질은 그들 스스로 이 낭배 형성과 같은 과정을 시작하기에 충분한 단서를 제공합니다." 이것은 단단한 플라스틱이나 유리 접시에 성장 인자와 화학 보충제를 사용하여 일종의 낭배 형성 과정을 강요하는 최근 실험실에서 사용된 표준 관행과 크게 대조됩니다. "놀랍지 않게도, 유리나 플라스틱에서 줄기 세포를 배양하는 이전 연구는 신체에서 발생하는 신호를 재현하는 데 실패했습니다. 그러나 배아 조직을 모방한 부드러운 기질을 사용하여 세포를 유도하여 공간적으로 조직화하고 궁극적으로 생성할 수 있는 초기 형태 형성을 시작할 수 있습니다. 사람." 그러나 A/Prof. Kilian은 팀이 낭배 형성의 첫 번째 단계를 모방하는 조건을 발견했지만 더 이상 진행되지 않는 것으로 보인다고 경고합니다. "우리는 사람을 이런 식으로 만들 수 없습니다."라고 그는 말합니다. "이 방법은 개발의 초기이지만 매우 중요한 단계를 보여줄 뿐입니다. 영향은 인간 발달의 이 가장 중요한 단계를 연구하고 치료법 개발을 위해 생성된 구조를 사용할 수 있다는 데 있습니다." 세렌디피티는 발견의 큰 부분이 될 수 있습니다 과학의 가장 위대한 발견과 마찬가지로 우연도 중요한 역할을 했습니다. 팀은 일부 줄기 세포를 하이드로겔 기판에 떨어뜨렸을 때 낭배 형성을 적극적으로 시도하지 않았습니다. 수석 저자인 Pallavi Srivastava 박사는 그녀가 관찰한 것에 놀랐습니다. "처음에는 줄기 세포를 하이드로겔에 부착하려고 했고 기존 방식으로 분화할 계획이었습니다."라고 그녀는 말합니다. "유리에서 배양한 세포와 젤에서 배양한 세포의 차이는 매우 놀라웠습니다. '와우, 여기서 뭔가 진행되고 있습니다. 조사가 필요합니다'라고 생각했던 것을 기억합니다. 이로 인해 제 프로젝트가 크게 바뀌었고 궁극적으로 이렇게 흥미진진했습니다. 발견." 연구원들은 재료가 배아 발생과 그 이상을 안내할 수 있는 방법을 이해함으로써 발견의 이점을 계속 탐색할 수 있기를 희망합니다. A/교수 Kilian은 이 발견이 흥미진진하지만 유용한 조직을 형성하기 위해 낭배 형성과 같은 과정을 안내하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 말했습니다. "이것은 우리가 희망하는 유용한 조직 모델을 생산하기 위한 플랫폼 기술의 첫 번째 단계입니다. 낭배 형성을 유발하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 이제 분화를 계속하려면 다른 신호를 제공해야 합니다." 다음 재료 신호 세트를 발견하면 연구 목적을 위한 거의 모든 고형 조직을 생성할 수 있습니다. A/Prof. 재생 의학에 유용한 세포 유형을 생성하기 위해 Kilian이 말했습니다. "만능 줄기 세포가 이제 혈액이나 조직 샘플에서 생성될 수 있다는 점을 고려할 때, 미래는 환자 자신의 세포에서 조직과 장기를 재생하는 데 활짝 열려 있습니다." 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>