죽은 장기와 조직이 "부활"
- 건강의학 / 문광주 기자 / 2022-08-05 08:16:59
3'30" 읽기
죽은 돼지의 분해 과정을 멈추고 장기 기능을 재생하는 새로운 방법
지금까지 죽음은 돌이킬 수 없는 것으로 여겨져 왔다. 심장마비가 발생한 지 몇 분 만에 뇌와 몸에서 분명히 돌이킬 수 없는 일련의 분해 과정이 시작된다. 산소와 영양소의 부족은 세포 과정과 유전자 활동의 변화로 이어져 점진적인 손상과 세포 사멸을 초래한다. 세포 유형, 조직 및 기관에 따라 이 분해는 서로 다른 속도로 시작되지만 지금까지는 이를 되돌리는 것이 거의 불가능했다. 적어도 오랫동안 생각했던 것이다.
2019년 Nenad Sestan이 이끄는 Yale 대학의 과학자들은 죽은 돼지의 뇌 일부를 소생시키는 데 성공했다는 가정을 반증했다. 특수 관류 시스템을 사용한 치료는 동물이 죽은 지 4시간 후에 시작되었지만 세포 사멸을 멈추고 세포 활동을 부분적으로 회복시키기까지 했습니다.
혈액 대신 특수 관류액
연구자들은 이제 다음 단계를 밟았다. 그들은 시스템을 전신으로 확장하고 완전히 죽은 돼지의 세포와 기관을 재생했다. "산소 결핍에 특히 취약한 기관인 죽은 뇌의 특정 세포 기능을 회복할 수 있다면 다른 중요한 기관에서도 동일한 기능이 가능해야 한다"라고 팀 리더인 Sestan은 말했다.
OrganEx라는 시스템의 기본은 일종의 심장-폐 기계다. 그러나 이것은 외부 산소가 풍부한 자신의 혈액을 체내로 펌핑하는 것이 아니라 자신의 혈액과 특수 관류액을 1:1로 혼합한 것이다. 여기에는 산소 수송을 담당하는 합성 헤모글로빈과 염증 및 세포 손상을 억제하고 혈전을 예방하며 세포 자살 프로그램을 중단시키는 활성 성분이 포함되어 있다.
ECMO에도 불구하고 장기 손상 및 혈관 붕괴
실험을 위해 돼지를 먼저 기절시킨 다음 전기 심장 쇼크로 사망케 했다. 그런 다음 연구원들은 시체를 실온에서 1시간 동안 처리하지 않은 채로 두었다. 그제서야 일부 동물은 정상 심폐 기계(ECMO)에 연결되고 다른 동물은 OrganEx 시스템에 연결되었다. 이 인공 혈류는 과학자들이 장기, 혈관 및 세포의 변화를 조사하는 동안 6시간 동안 유지되었다.
사망 1시간 후 정상적인 ECMO로 더 이상 고칠 수 없는 많은 세포와 조직에서 분해 과정이 이미 시작되었다는 것이 밝혀졌다. 돼지의 장기는 더 이상 혈액을 공급하지 않았다. 팀 보고서에 따르면 신장, 간, 뇌의 큰 동맥조차도 거의 투과되지 않았다. 많은 조직의 세포도 모양과 유전자 활동을 변화시켰고 세포 자살을 시작하는 신호 물질을 점점 더 생산하고 있었다.
OrganEx는 순환과 심장 박동을 회복시킨다.
OrganEx는 달랐다. 돼지가 죽은 지 한 시간이 지났지만 시스템이 순환을 회복했다. 측정 결과 죽은 돼지의 전신에 관류에 의해 충분한 산소가 공급된 것으로 나타났다. 신장의 미세한 정맥도 투과성이 있어 장기에 산소와 영양분을 공급할 수 있었다. 연구원들은 무엇보다도 인공 헤모글로빈이 훨씬 더 큰 적혈구보다 수축된 정맥을 통해 더 잘 흐를 수 있다는 사실에 이것을 돌린다.
기존의 ECMO는 mortis나 사체의 얼룩을 예방할 수 없었지만 OrganEx 시스템에서는 이러한 전형적인 사망 징후가 없었다. 어떤 경우에는 시스템이 이미 발생한 죽음의 결과를 되돌릴 수도 있었다. 심장 근육의 세포가 다시 수축하기 시작했고 일종의 심장 박동이 다시 시작되었다. 뇌의 일부 세포에서도 전기적 활동이 감지되었다.
재생된 세포 및 조직 기능
이 시스템은 또한 조직과 세포에서 전형적인 죽음의 분해 단계를 중단했다. "이것은 조직 대사의 안정화와 혈류의 장기간 중단으로 인해 발생하는 생리적 불균형의 수정과 관련이 있습니다." Sestan과 그의 팀을 보고하십시오. 현미경으로 봐도 세포와 조직의 상태는 방금 도살된 돼지의 상태와 거의 구별할 수 없었다.
유전자 분석은 또한 OrganEx 시스템이 유전자 활성 수준에서도 세포 분해를 역전시키는 것으로 밝혀졌습니다. "비교 결과 DNA 복구, ATP 대사 및 세포골격 구조에 대한 유전자 세트의 상당한 활성화가 밝혀졌습니다."라고 Sestan과 그의 팀이 보고합니다. 세포 사멸을 시작하는 유전자와 신호 물질도 관류액에 포함된 활성 물질에 의해 억제되었습니다.
클리닉 및 이식에 대한 큰 잠재력
연구팀에 따르면 OrganEx 시스템은 예를 들어 기증자의 장기가 더 오랫동안 기능을 유지할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다. 혁신적인 관류액은 또한 심폐 기계를 통한 인공 산소 공급이 필요한 환자의 치료에 이점을 가져올 수 있다. 그러나 Sestan과 그의 동료들은 시스템이 먼저 장기적인 결과에 대해 추가 테스트를 거쳐야 한다고 강조했다.
연구에 참여하지 않은 과학자들도 가능성을 보고 있다. "이 시스템과 이를 통해 얻은 지식은 광범위한 임상 적용에 큰 잠재력을 가지고 있다"라고 예나(Jena) 대학 병원의 실험적 이식 수술 책임자인 Uta Dahmen은 말한다. "이식의학에서는 이전에 손상된 장기를 이식 전에 개선하는 용도를 생각할 수 있다. 심장마비와 같이 장기로 가는 혈류가 일시적으로 감소한 후에도 사용할 수 있다.”
그러나 그녀는 "유망한 실험 연구에서 새로운 의료 기기의 일상적인 임상 사용까지 아직 갈 길이 멀다"고 강조하기도 했다
(Nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-05016-1).
출처: 예일 대학교
죽은 돼지의 분해 과정을 멈추고 장기 기능을 재생하는 새로운 방법
죽은 장기와 조직이 "부활"
죽은 돼지의 분해 과정을 멈추고 장기 기능을 재생하는 새로운 방법
죽음에서 구출:
미국 의사들은 죽은 돼지의 장기와 조직을 소생시키고 전형적인 죽음의 분해 과정을 중단했다. 죽음 후 한 시간 동안 치료되지 않은, 혈류, 심장 근육 세포의 수축 및 많은 세포 과정은 일반적인 손상 없이 회복될 수 있었다. 이것은 심장-폐 기계가 죽음의 전형적인 고장에 대응하는 특별한 액체를 몸을 통해 펌핑했기 때문에 가능했다.
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| ▲ 일반 ECMO(왼쪽)와 달리 OrganEx 시스템은 간(가운데)과 신장(아래)에서 심장 박동과 재생된 세포를 복원했다. © David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; Sestan Laboratory/ Yale School of Medicine |
지금까지 죽음은 돌이킬 수 없는 것으로 여겨져 왔다. 심장마비가 발생한 지 몇 분 만에 뇌와 몸에서 분명히 돌이킬 수 없는 일련의 분해 과정이 시작된다. 산소와 영양소의 부족은 세포 과정과 유전자 활동의 변화로 이어져 점진적인 손상과 세포 사멸을 초래한다. 세포 유형, 조직 및 기관에 따라 이 분해는 서로 다른 속도로 시작되지만 지금까지는 이를 되돌리는 것이 거의 불가능했다. 적어도 오랫동안 생각했던 것이다.
2019년 Nenad Sestan이 이끄는 Yale 대학의 과학자들은 죽은 돼지의 뇌 일부를 소생시키는 데 성공했다는 가정을 반증했다. 특수 관류 시스템을 사용한 치료는 동물이 죽은 지 4시간 후에 시작되었지만 세포 사멸을 멈추고 세포 활동을 부분적으로 회복시키기까지 했습니다.
혈액 대신 특수 관류액
연구자들은 이제 다음 단계를 밟았다. 그들은 시스템을 전신으로 확장하고 완전히 죽은 돼지의 세포와 기관을 재생했다. "산소 결핍에 특히 취약한 기관인 죽은 뇌의 특정 세포 기능을 회복할 수 있다면 다른 중요한 기관에서도 동일한 기능이 가능해야 한다"라고 팀 리더인 Sestan은 말했다.
OrganEx라는 시스템의 기본은 일종의 심장-폐 기계다. 그러나 이것은 외부 산소가 풍부한 자신의 혈액을 체내로 펌핑하는 것이 아니라 자신의 혈액과 특수 관류액을 1:1로 혼합한 것이다. 여기에는 산소 수송을 담당하는 합성 헤모글로빈과 염증 및 세포 손상을 억제하고 혈전을 예방하며 세포 자살 프로그램을 중단시키는 활성 성분이 포함되어 있다.
ECMO에도 불구하고 장기 손상 및 혈관 붕괴
실험을 위해 돼지를 먼저 기절시킨 다음 전기 심장 쇼크로 사망케 했다. 그런 다음 연구원들은 시체를 실온에서 1시간 동안 처리하지 않은 채로 두었다. 그제서야 일부 동물은 정상 심폐 기계(ECMO)에 연결되고 다른 동물은 OrganEx 시스템에 연결되었다. 이 인공 혈류는 과학자들이 장기, 혈관 및 세포의 변화를 조사하는 동안 6시간 동안 유지되었다.
사망 1시간 후 정상적인 ECMO로 더 이상 고칠 수 없는 많은 세포와 조직에서 분해 과정이 이미 시작되었다는 것이 밝혀졌다. 돼지의 장기는 더 이상 혈액을 공급하지 않았다. 팀 보고서에 따르면 신장, 간, 뇌의 큰 동맥조차도 거의 투과되지 않았다. 많은 조직의 세포도 모양과 유전자 활동을 변화시켰고 세포 자살을 시작하는 신호 물질을 점점 더 생산하고 있었다.
OrganEx는 순환과 심장 박동을 회복시킨다.
OrganEx는 달랐다. 돼지가 죽은 지 한 시간이 지났지만 시스템이 순환을 회복했다. 측정 결과 죽은 돼지의 전신에 관류에 의해 충분한 산소가 공급된 것으로 나타났다. 신장의 미세한 정맥도 투과성이 있어 장기에 산소와 영양분을 공급할 수 있었다. 연구원들은 무엇보다도 인공 헤모글로빈이 훨씬 더 큰 적혈구보다 수축된 정맥을 통해 더 잘 흐를 수 있다는 사실에 이것을 돌린다.
기존의 ECMO는 mortis나 사체의 얼룩을 예방할 수 없었지만 OrganEx 시스템에서는 이러한 전형적인 사망 징후가 없었다. 어떤 경우에는 시스템이 이미 발생한 죽음의 결과를 되돌릴 수도 있었다. 심장 근육의 세포가 다시 수축하기 시작했고 일종의 심장 박동이 다시 시작되었다. 뇌의 일부 세포에서도 전기적 활동이 감지되었다.
재생된 세포 및 조직 기능
이 시스템은 또한 조직과 세포에서 전형적인 죽음의 분해 단계를 중단했다. "이것은 조직 대사의 안정화와 혈류의 장기간 중단으로 인해 발생하는 생리적 불균형의 수정과 관련이 있습니다." Sestan과 그의 팀을 보고하십시오. 현미경으로 봐도 세포와 조직의 상태는 방금 도살된 돼지의 상태와 거의 구별할 수 없었다.
유전자 분석은 또한 OrganEx 시스템이 유전자 활성 수준에서도 세포 분해를 역전시키는 것으로 밝혀졌습니다. "비교 결과 DNA 복구, ATP 대사 및 세포골격 구조에 대한 유전자 세트의 상당한 활성화가 밝혀졌습니다."라고 Sestan과 그의 팀이 보고합니다. 세포 사멸을 시작하는 유전자와 신호 물질도 관류액에 포함된 활성 물질에 의해 억제되었습니다.
클리닉 및 이식에 대한 큰 잠재력
연구팀에 따르면 OrganEx 시스템은 예를 들어 기증자의 장기가 더 오랫동안 기능을 유지할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다. 혁신적인 관류액은 또한 심폐 기계를 통한 인공 산소 공급이 필요한 환자의 치료에 이점을 가져올 수 있다. 그러나 Sestan과 그의 동료들은 시스템이 먼저 장기적인 결과에 대해 추가 테스트를 거쳐야 한다고 강조했다.
연구에 참여하지 않은 과학자들도 가능성을 보고 있다. "이 시스템과 이를 통해 얻은 지식은 광범위한 임상 적용에 큰 잠재력을 가지고 있다"라고 예나(Jena) 대학 병원의 실험적 이식 수술 책임자인 Uta Dahmen은 말한다. "이식의학에서는 이전에 손상된 장기를 이식 전에 개선하는 용도를 생각할 수 있다. 심장마비와 같이 장기로 가는 혈류가 일시적으로 감소한 후에도 사용할 수 있다.”
그러나 그녀는 "유망한 실험 연구에서 새로운 의료 기기의 일상적인 임상 사용까지 아직 갈 길이 멀다"고 강조하기도 했다
(Nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-05016-1).
출처: 예일 대학교
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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