유전자 치료, 척수 손상으로 마비된 쥐 다시 걸어
- 건강의학 / 문광주 기자 / 2021-01-19 18:15:01
(3분 읽기)
- 메신저 물질이 신경과정 성장 활성화시켜
- 유전자 치료의 도움으로 이 디자이너 메신저 물질을 뇌에 도입
- 중추 신경계 축색돌기가 최대 7mm까지 자라, 2-3주 후에 걸어
사고로 척수가 절단되거나 심하게 손상된 경우 일반적으로 돌이킬 수 없으며 하반신 마비가 발생한다. 다른 조직과 달리 중추 신경계의 신경 과정(축)은 다시 자라지 않는다.
그러나, 줄기세포 주입, 전극 지지 브리지(bridge) 또는 전기 자극과 훈련의 조합을 통해 이러한 성장 차단을 우회하는 첫 번째 접근법이 있다. 이는 ‘전환’의 성장을 자극하는 것으로 간주된다.
성장 차단에 대응하는 디자이너 분자
독일 보쿰 소재 루르 대학교(Ruhr-Universität Bochum)의 마르코 라이브링거(Marco Leibinger)와 연구원들은 다른 치료 방법을 추구했다. 그들은 유전자 치료를 통해 신경의 성장 차단을 해제하는 방법을 모색했다. 이전 연구에서 중추 신경계의 축색돌기(axon)에는 성장 촉진 메신저 물질이 결합할 수 있는 특정 수용체가 부족하다는 것이 알려져 있다. 또한 억제제가 활성화되어 재생을 추가로 차단한다.
이를 바꾸기 위해 연구진은 먼저 성장 촉진 메신저 물질인 인터루킨-6(interleukin-6)과 그 수용체를 포함하는 디자이너 분자를 개발했다. 이 조합은 메신저 물질이 중추 신경계의 뉴런에 결합할 수 있게 한다. Leibinger의 동료이자 선임 저자인 디트마르 피셔(Dietmar Fischer)는 "이것은 소위 디자이너-사이토카인으로, 자연에서 발생하지 않고 유전 공학을 사용해 생산되어야 함을 의미한다"고 설명했다.
유전자와 함께 뇌로
두 번째 결정적인 단계는 유전자 치료의 도움으로 이 디자이너 메신저 물질을 뇌에 도입하는 것이다. 이를 위해 과학자들은 하이퍼-인터루킨-6에 대한 유전적 청사진을 무해한 운반체 바이러스에 장착했다. 이 유전자 페리는 DNA 조립 지침을 운동을 제어하는 신경 세포인 뇌의 운동 뉴런으로 전달한다.
이 뉴런은 메신저 물질 자체를 생산하기 시작한다. 이론에 따르면 이것은 차례로 척수에서 신경 과정의 성장을 자극하여 신경 손상을 복구한다. Leibinger와 그의 팀은 이제 마우스에서 이것이 실제로 작동하는지 테스트했다. 마취하에 척수가 너무 뭉개져 뒷다리가 완전히 마비되었다. 부상 하루 후 유전자 치료 바이러스가 담긴 주사기로 대뇌의 운동 부위에 직접 주입했다.
마비된 쥐가 다시 걸어
척수 손상 직후 마우스의 뒷다리가 완전히 마비된 것으로 나타났으며, 이는 처리되지 않은 대조군 동물의 경우였다. 유전자 치료를 받은 생쥐와는 달랐다.
2~3주 후에 뒷발을 땅에 대고 발을 딛고 뒷다리를 사용하여 몸을 다시 들어 올리기 시작했다. 연구진은 "이 그룹의 한 동물은 앞다리와 뒷다리의 조정 된 움직임을 다시 달성했다"고 보고했다.
좀 더 자세히 조사한 결과, 처리된 동물의 중추 신경계 축색돌기가 최대 7mm까지 자랐다.
흥미롭게도 이것은 유전자 페리가 주입된 영역에서 직접 확장되지 않은 프로세스에도 적용되었다. 디자이너 메신저 물질은 다른 반구와 뇌간에 있는 뉴런에도 도달했다.
"유전자 요법 치료는 단지 몇 개의 신경 세포, 뇌에 있는 다양한 신경 세포의 축색 재생, 척수에 있는 여러 운동 기관을 동시에 자극했다"고 Fischer는 설명한다. “이것은 궁극적으로 이전에 이런 방식으로 마비된 동물이 2~3주 후에 걷기 시작하는 것을 가능하게 했다. 이것은 완전한 하반신 마비 후에 성공한 적이 없었기 때문에 처음에 우리를 매우 놀라게 했다."
이것은 인간에게도 효과가 있을까?
연구자들에 따르면 이것은 유망한 결과다.
그들은 이제 다른 접근법과 결합해 유전자 치료법을 더욱 최적화 할 수 있는지 조사하려고 한다. 그들은 또한 그들의 치료가 과거에 있었던 척수 손상에도 효과적인 지에 대한 중요한 질문을 명확히 하고 싶어 한다. Fischer는 "이 측면은 특히 인간에 대한 응용 프로그램과 관련이 있다"고 말했다.
이 시술이 미래의 어느 시점에서 마비된 사람들에게도 도움이 될 수 있는지 여부는 여전히 남아 있다. "우리는 이제 새로운 과학 영역에 진입하고 있다"고 Fischer는 강조했다. "이러한 추가 조사는 무엇보다도 인간에게 이러한 새로운 접근 방식을 전달할 수 있는지 여부를 보여줄 것이다.”
(Nature Communications, 2021; doi : 10.1038 / s41467-020-20112-4)
출처 : Ruhr University Bochum
- 메신저 물질이 신경과정 성장 활성화시켜
- 유전자 치료의 도움으로 이 디자이너 메신저 물질을 뇌에 도입
- 중추 신경계 축색돌기가 최대 7mm까지 자라, 2-3주 후에 걸어
유전자 치료; 척수 손상으로 마비된 쥐가 다시 걸어
디자이너 메신저 물질은 손상된 신경 과정의 성장을 촉진한다.
마비된 사람들에게 희망 :
유전자 치료로 척수가 잘린 쥐가 다시 거동하게 됐다.
이것은 뇌간과 척수에서 신경 과정의 성장을 활성화시키는 특별히 개발된 메신저 물질에 의해 가능해졌다. 몇 주 후에 쥐는 다시 걷기 시작했다. 이 치료법이 오랫동안 인간에게 있었던 척수 손상에도 효과가 있는지 여부는 아직 조사되지 않았다.
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| ▲ 뇌의 유연한 뉴런 연결과 달리 척수에 도달하는 신경 경로는 스스로 다시 자라지 않는다. |
사고로 척수가 절단되거나 심하게 손상된 경우 일반적으로 돌이킬 수 없으며 하반신 마비가 발생한다. 다른 조직과 달리 중추 신경계의 신경 과정(축)은 다시 자라지 않는다.
그러나, 줄기세포 주입, 전극 지지 브리지(bridge) 또는 전기 자극과 훈련의 조합을 통해 이러한 성장 차단을 우회하는 첫 번째 접근법이 있다. 이는 ‘전환’의 성장을 자극하는 것으로 간주된다.
성장 차단에 대응하는 디자이너 분자
독일 보쿰 소재 루르 대학교(Ruhr-Universität Bochum)의 마르코 라이브링거(Marco Leibinger)와 연구원들은 다른 치료 방법을 추구했다. 그들은 유전자 치료를 통해 신경의 성장 차단을 해제하는 방법을 모색했다. 이전 연구에서 중추 신경계의 축색돌기(axon)에는 성장 촉진 메신저 물질이 결합할 수 있는 특정 수용체가 부족하다는 것이 알려져 있다. 또한 억제제가 활성화되어 재생을 추가로 차단한다.
이를 바꾸기 위해 연구진은 먼저 성장 촉진 메신저 물질인 인터루킨-6(interleukin-6)과 그 수용체를 포함하는 디자이너 분자를 개발했다. 이 조합은 메신저 물질이 중추 신경계의 뉴런에 결합할 수 있게 한다. Leibinger의 동료이자 선임 저자인 디트마르 피셔(Dietmar Fischer)는 "이것은 소위 디자이너-사이토카인으로, 자연에서 발생하지 않고 유전 공학을 사용해 생산되어야 함을 의미한다"고 설명했다.
유전자와 함께 뇌로
두 번째 결정적인 단계는 유전자 치료의 도움으로 이 디자이너 메신저 물질을 뇌에 도입하는 것이다. 이를 위해 과학자들은 하이퍼-인터루킨-6에 대한 유전적 청사진을 무해한 운반체 바이러스에 장착했다. 이 유전자 페리는 DNA 조립 지침을 운동을 제어하는 신경 세포인 뇌의 운동 뉴런으로 전달한다.
이 뉴런은 메신저 물질 자체를 생산하기 시작한다. 이론에 따르면 이것은 차례로 척수에서 신경 과정의 성장을 자극하여 신경 손상을 복구한다. Leibinger와 그의 팀은 이제 마우스에서 이것이 실제로 작동하는지 테스트했다. 마취하에 척수가 너무 뭉개져 뒷다리가 완전히 마비되었다. 부상 하루 후 유전자 치료 바이러스가 담긴 주사기로 대뇌의 운동 부위에 직접 주입했다.
마비된 쥐가 다시 걸어
척수 손상 직후 마우스의 뒷다리가 완전히 마비된 것으로 나타났으며, 이는 처리되지 않은 대조군 동물의 경우였다. 유전자 치료를 받은 생쥐와는 달랐다.
2~3주 후에 뒷발을 땅에 대고 발을 딛고 뒷다리를 사용하여 몸을 다시 들어 올리기 시작했다. 연구진은 "이 그룹의 한 동물은 앞다리와 뒷다리의 조정 된 움직임을 다시 달성했다"고 보고했다.
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▲ 유전자 치료를 통해 이전에 마비된 마우스는 2~3주 후에 뒷다리를 다시 사용하기 시작했다. © Lehrstuhl für Zellphysiologie/ RUB |
좀 더 자세히 조사한 결과, 처리된 동물의 중추 신경계 축색돌기가 최대 7mm까지 자랐다.
흥미롭게도 이것은 유전자 페리가 주입된 영역에서 직접 확장되지 않은 프로세스에도 적용되었다. 디자이너 메신저 물질은 다른 반구와 뇌간에 있는 뉴런에도 도달했다.
"유전자 요법 치료는 단지 몇 개의 신경 세포, 뇌에 있는 다양한 신경 세포의 축색 재생, 척수에 있는 여러 운동 기관을 동시에 자극했다"고 Fischer는 설명한다. “이것은 궁극적으로 이전에 이런 방식으로 마비된 동물이 2~3주 후에 걷기 시작하는 것을 가능하게 했다. 이것은 완전한 하반신 마비 후에 성공한 적이 없었기 때문에 처음에 우리를 매우 놀라게 했다."
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| ▲ 처리된 동물의 중추 신경계 축색돌기가 최대 7mm까지 자랐다. |
이것은 인간에게도 효과가 있을까?
연구자들에 따르면 이것은 유망한 결과다.
그들은 이제 다른 접근법과 결합해 유전자 치료법을 더욱 최적화 할 수 있는지 조사하려고 한다. 그들은 또한 그들의 치료가 과거에 있었던 척수 손상에도 효과적인 지에 대한 중요한 질문을 명확히 하고 싶어 한다. Fischer는 "이 측면은 특히 인간에 대한 응용 프로그램과 관련이 있다"고 말했다.
이 시술이 미래의 어느 시점에서 마비된 사람들에게도 도움이 될 수 있는지 여부는 여전히 남아 있다. "우리는 이제 새로운 과학 영역에 진입하고 있다"고 Fischer는 강조했다. "이러한 추가 조사는 무엇보다도 인간에게 이러한 새로운 접근 방식을 전달할 수 있는지 여부를 보여줄 것이다.”
(Nature Communications, 2021; doi : 10.1038 / s41467-020-20112-4)
출처 : Ruhr University Bochum
[더사이언스플러스=문광주 기자] "No Science, no Future"
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